工程电磁场课程设计--基于ANSYS软件的有限元分析法

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1、 工程电磁场课程设计 基于 ANSYS 软件的有限元分析法 一、 基本知识学习总结： 1、Utility Menu 实用菜单 SAVE_DB 存储数据库 RESUME_DB 恢复数据库 Select Entity 选择实体 Comp/Assembly 组元/集合 Plot/Replot 画图/重新画图 Pan,Zoom,Rotate 平移，缩放，旋转 WorkPlane(WP) 工作平面 Coordinate System(CS) 坐标系 Macro 宏 Preference（） 优先设置 Preprocessor （Pre7）前处理 General Postproc (Post1) 通用后处

2、理 Solution(Solu) 求解模块 TimeHist Postproc （Post26）时间历程后处理 Optim优化模块 2、分析步骤 （1） 建模： A.重名文件名（/title，xx或者FileChange Title） B.设定分析范围（main menupreferences:electrics ） C.建立数学模型，并进行物理剖分析 （2） 加载求解器 A. 计入求解器 B. 定义分析类型： C. 定义分析属性 D. 加载 E. 保存数据库 F. 开始求解 G. 世家附加载荷：若想施加额外的负载条件，重复执行 H. 完成求解 （3） 读取结果，进入后处理模块 二、 实验项目

3、 （一）（一） 静电场静电场分析分析求求圆柱截流导线周围的电场和对地电容圆柱截流导线周围的电场和对地电容 功能：主要能解决有电荷分布以及电压所引起的电场和电势（电压）分布以及多导体系统 的部分电容。 1、 分析步骤：如上 2、 静电场分析电容计算方法 A. 定义式：C = Q/U Q带等量异号电荷的两导体的电量，U两导体间的电压。 B. 能量法：C 2 （1 0）2 W两导体系统的电场能量， U1 ,U0 两导体间的电压 C. ANSYS 中的CMATRIX宏命令：cmatrix GUI：Main MenuSolutionSolveElectromagnetStaticAnalysisCapa

4、c Matrix 3、 模型描述： 求无限长载流导线附近的电场分布，无限长载流导线截面为圆柱形，周围为空气介 质， 平面位置和尺寸如图8(a)所示，R0 = 100mm，h= 5m，H = 50m。空气的相对电容 率为r =1 ,导线的相对电容率为r=1。 边界和激励设置： 将大地和无限远处作为求解边界。 求解区域外围空气 （5 倍的模 型尺寸） 设置为截断边界，边界上的电位为 0V。导线截面内所有的电位均相等，导线 为一等势体，电 位设置为 100V,图 8(b)为模型总体示意图。 4、 模型分析 原理：利用镜像法与等电轴法建立数学模型，如图 等效电轴位置： 等效电容为： ( ) d=2h

5、即：将单输电线对地电容等效为双输电线之间的电容计算。，所以单极导线对地 电容 C=2 5、 编程命令 1、确定文件名，选择研宄范围 点击 Utility MenuFileChange Title，输入你的文件名。 点击 Main MenuPreferences，选择 Electric。 2、定义参数：(ansys command windows 或者 Utility MenuParametersScalar Parameters) h = 5 R0 = 0.1 D_2 = sqrt(h*2-R0*2) U = 100 d = 2*h b = h-D_2 pi = atan(1)*4 epsil

6、on = 8.854187817*10*(-12) C0 = 2*pi*epsilon/log(d-(R0+b)/(R0-b) tau = C0*U 3、定义单元类型： Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 点击 Add，选择 Electrostatic 和 2D Quad 121 (二维四边形单元 plane121)-ET,1,PLANE121 图 8(a)无限长导线模型尺寸 图 8(b)无限长导线电场计算模型示意图 Defines a local element type from the element library. ET 定义单元类型 4、定义材料属性： Material PropsMaterial Models ElectromagneticsRelative PermittivityConstant: PREX=1 (定义相对介电常数)