用 ANSYS 为变压器简单建模
一、问题描述:
把单相变压器空载时的运行情况作为二维平面模型进行分析,查看磁力线分布、磁
流密度等,主要是了解 ANSYS 的使用方法。
二、GUI 操作方法
由于直接打开 ANSYS 软件,保存的文件时都存在安装时选择的文件夹下,会存的
很乱。可以打开程序时通过程序菜单里 ANSYS 12.0 后的 Mechanical APDL Product
Launcher 打开程序,
这样打开后,可以从下面的 Working Directory 中指定本次建模想要存的文件夹,在
Job Name 中可以直接定义工作名,之后单击下面的 RUN 按钮即可。
1.创建物理环境
1)过滤图形界面:从主菜单中选择 Main Menu>Preferences,弹出“Preference for GUI
Filtering"对话框,选中"Magnetic-Nodal"来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过
滤。
2)定义工作标题:从菜单中选择 File>Change Title, 在弹出的对话框中输入"2-D
Transformer Static Analysis",单击 OK.
3)指定工作名:从菜单中选择 File>Change Jobname, 弹出一个对话框,在"Enter new
Name" 后面输入"transformer", 单击 OK.
4)定 义 单 元 类 型 和 选 项 : 从 主 菜 单 中 选 择 Main Menu>Preprocessor>Element
Type>Add/Edit/Delete, 弹出"Element Types"单元类型对话框,
点击 Add 按钮,弹出"Library of Element Types" 单元类型库对话框,在对话框左面滚动
栏中选择"Magnetic Vector", 在右边的滚动栏中选择“Quad 4nod13", 单击 OK, 定义了
"Plane13"单元,采用该单元的默认设置即可,最后单击"Element Types" 对话框上的 Close
按钮,关闭该对话框。
5)定义材料属性:从主菜单中选择 Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material
Models, 弹出"Define Material Model Behavior"对话框,在右边的栏中依次单击
"Electromagnetics>Relative Permeability>Constant",
又弹出"Permeability for Material number 1"对话框,在该对话框中“MURX”后面输入 1,
单击 OK.(一号材料是空气,MURX 应该是相对导磁率的意思)
6)复制材料属性:在"Define Material Model Behavior"菜单中单击 Edit>Copy, 弹出
"Copy Material Model" 对话框,在 from Material number 栏后面下拉式选择材料号为"1",
在 to Material number 后面输入"2", 这样就把 1 号材料的属性复制给了 2 号材料,点击
OK。
此时"Define Material Model Behavior"对话框的左侧就多了一个 Material Model Number 2,
单击它>permeability(Constant), 在弹出的对话框中将 MURX 后面的值改为 2000. (二号
材料为变压器铁芯,它的相对导磁率取 2000 或 3000 都可以)
7)复制材料属性:(步骤与 6 相同,此次 MURX 改为 1,材料 3 为导线线圈,虽然
它的相对导磁率和空气相同,但还是分开定义,这样在后面按材料显示模型时比较清晰)
8)最后点击 Material>Exit 结束。
9)查看材料列表:List>Properties>All Materials, 弹出"MPLIST Command"信息窗口,
信息窗口列出了所有已经定义的材料以及其属性,确认无误后,单击信息窗口 File>Close,
关闭窗口。
2.建立模型;赋予特性,划分网络
1)建立平面几何模型:
我采用的是直接通过坐标画矩形面的方法建立几何模型,只要给出每个矩形块四角
的坐标即可画出简易的变压器模型。
从 主 菜 单 中 选 择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Area>Rectangle>By
Dimensions, 弹出"Create Rectangle by Dimension"对话框,在"x-coordinates"后输入"2" "4",
在"y-coordinates"后输入"5","11". 点击 Apply,表示线圈的左侧的矩形就出现在界面中了.
(模型采用把一个线圈表示成铁芯两侧的两个电流密度源的方式简化)
重复上述步骤,按照坐标图中的所表示的,画出七个矩形。(两个表示线圈,四个搭成
一个表示铁芯的回路,还有一个是把六个矩形全包含在内的,相当于边界,坐标可是给
成 x-coordinates:0,20; y-coordinates:0,16.输入完最后一个矩形的坐标之后点 OK,不要再
点 Apply 了),几何模型画好后如下图所示:
布 尔 运 算 : 从 主 菜 单 中 选 择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>
Overlap>Areas, 弹出"Overlap Areas"拾取框,单击"Pick All"按钮,对所有的面进行叠分
操作。
2)保存几何文件:从菜单中选择 File>Save as, 弹出一个"Save Database"对话框,在"Save
Database to"下面输入文件名"transformer_geom.db", 单击 OK.
3)给面赋予特性:从主菜单中选择 Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool, 弹出
"MeshTool"对话框,在"Element Attributes"后面的下拉菜单中选择"Areas", 点击"Set",
又 出 现 "Area Attributes" 面 拾 取 框 , 点 击 "Pick All", 然 后 单 击 OK, 弹 出 "Area
Attributes" 对话框,在"Material number"后面的下拉式选择栏中选择“1”,单击“Apply",
再次弹出面拾取框。
这样就给所有的面都赋予了空气的导磁率,之后再重复此步骤,分别拾取表示铁芯
和线圈的矩形面,并给他们赋予材料 2 和 3 的特性,仍旧在最后一次赋予特性时点击"OK"