Приклад виконання магнітного аналізу електромагнітного привода в Ansys 6.1.
(Переклад англійської версії прикладу, що знаходиться в help-файлі програми.)
Зміст:
1. Опис проблеми.
2. Побудова геометрії
3. Завдання матеріалів
4. Генерування сітки елементів
5. Додаток навантажень
6. Отримання рішення
7. Перегляд результатів
1. Опис проблеми.
1.1 Завдання.
1.2. Прийняті допущення.
1.3. Огляд кроків.
1.1. Завдання.
Електромагнітний привід аналізується як Осесиметрична двомірна (2 -
D) модель. Для заданого струму в обмотці обчислюється сила, що виникає наякорі.
Міра довжини - сантиметри. Якір - рухомий компонент приводу.
Магнітопровід - нерухомий компонент приводу, що становить магнітну ланцюгнавколо обмотки. Переплетена обмотка складається з 650 витків, при струмі 1А (1
А/виток); живиться від зовнішнього джерела постійного струму. Повітряний зазор
- Це тонка прямокутна ділянка повітря між якорем і полюсниминаконечниками магнітопровода.
1.2. Прийняті допущення.
Магнітний потік, що створюється струмом в обмотці, мається на увазі настількималим, що насичення магнітопровода не відбувається. Витоку магнітного потікіз заліза магнітопровода за периметр моделі, маються на увазінезначними. Дані допущення спрощують аналіз і зменшують розмірмоделі. Для більш точного аналізу в моделі може бути створена здодаткової областю повітря навколо заліза. Величина її повинна бутибільше максимальної площі моделі.
Повітряний зазор моделюється окремо, таким чином, щоб буламожливість використовувати квадратні елементи сітки в ньому. Це викликанозначно меншими розмірами повітряного зазору порівняно з усімаіншими розмірами всіх частин моделі. Розмір елементів сітки (висотадорівнює ширині) нами будуть обрані більше величини висоти повітряного зазору ітому що сітка елементів моделі буде створюватися програмою автоматично, тоу разі не вказівки користувачем особливих розмірів сітки в повітряному зазоріелементи сітки в ньому не будуть мати квадратну форму. У віртуальномуповітряному зазорі моделі в процесі рішення буде створюватися віртуальнасила, притягує якір. А для коректного її розрахунку бажановикористання в повітряному зазорі елементів сітки квадратного виду.
Далі елементи сітки будуть називатися просто "елементи".
Для даного типу аналізу потрібно, щоб струм в обмотці було поставлено ввигляді щільності струму (струм на площу, що припадає на обмотку).
Той факт, що ми приймаємо магнітний потік, що не виходять за областімоделі, має на увазі, що потік буде паралельний зовнішніх кордонів моделі.
Це допущення моделюється "потокопараллельним" ( "flux parallel") граничнимумовою. Це граничне умова може використовуватися в моделях, що містятьзамкнутий магнітопровід.
Сила розраховується на кожен елемент якоря і потім підсумовується. Вонарозраховується двома методами, і обидва результату можна потім порівняти
(значення близькі).
Огляд кроків.
Побудова геометрії
1. Створення першого прямокутника.
2. Створення залишилися п'яти прямокутників.
3. Виконання логічної операції перекриття для них.
Завдання матеріалів та визначення їх властивостей.
4. Завдання переваг програми.
5. Завдання матеріалів та визначення їх властивостей.
Генерування сітки кінцевих елементів (далі просто "сітки ").
6. Визначення типів елементів і їх параметрів.
7. Приписування типу матеріалу елементів моделі.
8. Завдання розмірів елементів сітки у повітряному зазорі.
9. Генерування сітки з використанням інструменту MeshTool.
10. Масштабування моделі в метри.
Додаток навантажень.
11. Визначення якоря як компоненту.
12. Програма силових граничних умов до якоря.
13. Завдання щільності струму.
14. Завдання потокопараллельного граничного умови.
Отримання рішення. потокопараллельного
15. Рішення.
Перегляд результатів.
16. Відображення ліній магнітного потоку.
17. Перегляд розрахованих сил.
18. Відображення щільності магнітного потоку в векторному вигляді.
19. Відображення областей насичення магнітопровода.
20. Вихід з програми.
2. Побудова геометрії
Крок 1. Створення першого прямокутника.
Геометрія моделі створюється за допомогою логічної операції перекриттядля шести прямокутників. Створіть кожен прямокутник завданням координатйого протилежних кутів (замість вказівки мишею точок на робочійплощині).
1. Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Rectangle> By
Dimensions
2. Введіть наступне:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = 0
Y2 = 0.75
(Примітка: Натискайте клавішу Tab для переміщення між полями даних.)
3. OK.
4. Увімкніть нумерацію областей: Utility Menu> Plot Ctrls> Numbering
5. Поставте прапорець у Area numbers.
6. Натисніть OK.
Крок 2. Створення залишилися п'яти прямокутників.
Далі створіть прямокутники 2,3,4,5 та 6.
1. Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Rectangle> By
Dimensions
2. Введіть наступне:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = .75
Y2 = 3.5
3. Натисніть Apply.
4. Введіть наступне:
X1 = .75
X2 = 2.25
Y1 = 0
Y2 = 4.5
5. Натисніть Apply.
6. Введіть наступне:
X1 = 1
X2 = 2
Y1 = 1
Y2 = 3
7. Натисніть Apply.
8. Введіть наступне:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = 0
Y2 = 3.75
9. Натисніть Apply.
10. Введіть наступне:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = 0
Y2 = 4.5
11. Натисніть OK.
Крок 3. Виконання логічної операції перекриття для них.
Створені нами прямокутні області, накладаються один на одного. Цялогічна операція створить нові області в моделі у всіх місцяхперетину цих шести прямокутних областей.
1. Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Booleans> Overlap>
Areas
2. Виберіть Pick All
(Виділити все).
3. Натисніть на панелі кнопку SAVE_DB.
3. Завдання матеріалів та визначення їх властивостей
Крок 4. Завдання переваг програми.
Програма Ansys має безліч інструментів для різних видів аналізумоделей (механічні, термічні, електромагнітні і т.д.). Завданняпереваг програми - це фільтрація цих інструментів відповідно довибраним видом аналізу. Після виконання цієї процедури для роботизалишаються тільки необхідні інструменти.
1. Main Menu> Preferences
2. Відзначте: Electromagnetic:
Magnetic-Nodal
(елементи визначаються вузлами сітки).
3. OK.
Крок 5. Завдання матеріалів та визначення їх властивостей.
Далі задамо матеріали та їх магнітні властивості: повітря, залізамагнітопровода, обмотки і якоря. Для спрощення завдання властивості всіхматеріалів прийняті лінійними. Зазвичай, параметр магнітної проникностізаліза задається у вигляді нелінійної кривої BH. Матеріал 1 будевикористовуватися для завдання елементів повітря, матеріал 2 будевикористовуватися для елементів заліза магнітопровода, матеріал 3 - дляелементів обмотки, матеріал 4 - для елементів якоря.
1. Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models
2. Задамо відносну магнітну проникність повітря: подвійне клацання на
Electromagnetics, Relative Permeability, Constant.
3. Ввести 1 для MURX.
4. OK.
5. Edit> Copy
6. OK для копіювання Material Model Number 1 в Material Model Number 2.
7. Подвійне клацання по Material Model Number 2, потім по Permeability
(Constant).
8. Змінити значення MURX з 1 на 1000.
9. OK.
10. Edit> Copy
11. Вибрати 1 для from Material Number.
12. Ввести 3 для to Material Number.
13. OK.
14. Edit> Copy
15. Обрати 2 для from Material Number.
16. Ввести 4 для to Material Number.
17. OK.
18. Подвійний отримаєте по Material Model Number 4, потім по Permeability
(Constant).
19. Змінити значення MURX з 1000 на 2000. 20. OK.
21. Material> Exit
4. Генерування сітки кінцевих елементів.
Крок 6. Визначення типів елементів і їх параметрів.
На цій стадії необхідно вказати типи елементів, які будутьвикористовуватися в моделі, і задасте які відповідають цим типам параметри.
Зазвичай використовуються елементи більш високого порядку типу PLANE53 але мибудемо використовувати елементи більш низького порядку PLANE13 для зменшенняоб'єму пам'яті, що займає моделлю.
1. Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete
2. Add.
3. Вибрати Magnetic Vector.
4. Вибрати Vect Quad 4nod13 (PLANE13).
5. OK.
6. Options.
7. Змініть Element behavior з plain strain на Axisymmetric. (Змінитиповедінку елементів з плосконапряженного на осесиметричної).
8. OK.
9. Close.
Крок 7. Приписування типу матеріалу елементів моделі.
Тепер пріпішім свій тип матеріалу елементів повітря, заліза, обмотки іякоря.
1. Main Menu> Preprocessor> Meshing> MeshTool
2. Вибрати Areas для Element Attributes, натиснути Set.
3. Виділити мишею чотири області повітряного зазору, A13, A14, A17 і A18
(клацніть на номер області).
4. OK (в меню виділення).
5. Вибрати 1 для Material number.
6. Apply.
7. Виділити мишею п'ять областей заліза магнітопровода, A7, A8, A9, A11,
A12.
8. OK (в меню виділення).
9. Обрати 2 для Material number.
10. Apply.
11. Виділити мишею область обмотки A4.
12. OK (в меню виділення).
13. Вибрати 3 для Material number.
14. Apply.
15. Виділити мишею області якоря
A10, A15, A16.
16. OK (в меню виділення).
17. Вибрати 4 для Material number.
18. OK.
19. Натиснути SAVE_DB на панелі інструментів.
Крок 8. Завдання розмірів елементів сітки у повітряному зазорі.
Викличте MeshTool
1. Вибрати Lines, Set для Size Controls.
2. Виділити мишею чотири вертикальні лінії у повітряному зазорі.
3. OK (в меню виділення).
4. Введіть 2 для No. of element divisions.
5. OK.
Крок 9. Генерування сітки з використанням інструменту MeshTool.
1. Натиснути кнопку Set поруч з Global в Size Control інструменту MeshTool.
2. Ввести 0.25 для Element edge length
(довжина ребра елементу).
3. OK.
4. Вибрати Areas в Mesh інструменту MeshTool.
5. Клацніть по кнопці Mesh.
6. Pick All (у меню виділення).
7. Close в MeshTool.
8. Utility Menu> PlotCtrls> Numbering
9. Вибрати Material numbers.
(пронумерувати по атрибуту і як атрибут вибрати - номерматеріалу).
10. OK.
Крок 10. Масштабування моделі в метри.
У цьому прикладі використовується система одиниць СІ. Всі значення розмірівзаносимість нами в процесі побудови моделі були в сантиметрах. Тому намнеобхідно масштабувати модель у метри.
1. Main Menu> Preprocesso> Modeling> Operate> Scale> Areas
2. Pick All.
3. Ввести 0.01 для RX і RY. (Масштаб по осях.)
4. Вибрати для Existing areas значення Moved. (Існуючі областізаміняться новими, масштабувати.) (Зверніть увагу, щоб параметрвище мав значення "Areas and mesh" - тобто масштабуванню піддадуться інаявні області і побудована для них сітка кінцевих елементів).
5. OK.
6. Натиснути SAVE_DB на панелі інструментів (Зберегти базу даних).
Додаток навантажень.
Крок 11. Визначення якоря як компоненту.
Якір можна легко визначити як компонент, вибравши його елементи. Цепотрібно для того, щоб далі докласти до нього навантаження.
1. Utility Menu> Select> Entities (Вибрати об'єкти.)
2. Вибрати Elements.
3. Вибрати By Attributes.
4. Ввести 4 для Min, Max, Inc.
(Вибрати елементи по атрибуту - номеру матеріалу - № 4 (Виділено пункт
Material num .))
5 . OK.
6. Utility Menu> Plot> Elements
На екрані з'являться тільки елементи якоря:
7. Utility Menu> Select> Comp/Assembly> Create Component (Створитикомпонент.)
8. Ввести ARM для Component name.
9. Вибрати Elements.
10. OK.
Крок 12. Прложеніе силових граничних умов до якоря.
1. Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Magnetic>
Flag> Comp. Force/Torq
2. Вибрати ARM.
3. OK.
4. Перегляньте інформацію потім закрийте її:
5. File> Close (вікно),
6. Utility Menu> Select> Everything
7. Utility Menu> Plot> Elements
Крок 13. Завдання щільності струму.
Щільність струму визначається як число витків обмотки (650), помноженена струм (1 А) і розділена на площу, що припадає на обмотку (2 см 2),тобто (650) (1)/2, або 325. Для переведення в систему СІ це значення маєбути розділене на 0.01 ** 2 (0,0001).
1. Utility Menu> Plot> Areas
2. Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Magnetic>
Excitation> Curr Density> On Areas
3. Виділити мишею область обмотки (клацніть на номер області).
4. OK (в меню виділення).
5. Ввести 325/.01 ** 2 для Current density value.
6. OK.
Закрийте всі інформаційні вікна, якщо вони з'являться.
Крок 14. Завдання потокопарраллельного граничного умови.
Поставивши цю умову ми повідомимо програмі, що магнітний потік не виходитьза периметр моделі. Щоб змоделювати середовище, в якому знаходитьсямодельований електромагнітний об'єкт, досить створити навколо ньогообласті цього середовища і задати для них відповідний матеріал звластивою цьому середовищі магнітною проникністю.
1. Utility Menu> Plot> Lines
2. Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Magnetic->
Boundary> Vector Poten> Flux Par'l> On Lines
3. Виділіть усі лінії по периметру моделі (14 ліній).
5. OK (в меню виділення).
6. Натиснути SAVE_DB на панелі інструментів (Зберегти базу даних).
Отримання рішення.
Крок 15. Рішення.
1. Main Menu> Solution> Solve> Electromagnet> Static Analysis> Opt &
Solve
2. Начміте OK для початку рішення.
3. Закрийте інформаційне вікно після того, як виконається рішення.
Перегляд результатів
Крок 16. Відображення ліній магнітного потоку.
1. Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> 2D Flux
Lines
2. OK.
Ваші результати можуть дещо відрізнятися від наведених.
Крок 17. Перегляд розрахованих сил.
1. Main Menu> General Postproc> Elec & Mag Calc> Component Based>
Force
2. Вибрати ARM.
3. OK.
4. Перегляньте інформацію, потім виберіть:
File> Close щоб закрити вікно
або збережіть її у файл File> Save as
для подальшого перегляду в Блокноті.
Крок 18. Відображення щільності магнітного потоку в векторному вигляді.
1. Main Menu> General Postproc> Plot Results> Vector Plot> Predefined
2. Вибрати Flux & gradient.
3. Вибрати Mag flux dens B.
4. OK.
Крок 19. Відображення областей насичення магнітопровода.
1. Main Menu> General Postprocessor> Plot Results> Contour Plot>
Nodal Solution
2. Вибрати Flux & gradient.
3. Вибрати BSUM.
4. OK.
Ansys дозволяє створити 3-D вигляд з осесиметричної плоскої моделі. Цяпроцедура не вносить зміни до бази даних моделі.
5. Utility Menu> PlotCtrls> Style> Symmetry Expansion> 2D Axi-
Symmetric
6. Вибрати 3/4 expansion.
7. OK.
8. Utility Menu>
PlotCtrls>
Pan, Zoom, Rotate
9. Iso.
10. Close.
Крок 20. Вихід з програми.
На панелі інструментів: QUIT.
Вибрати Quit - No Save!
OK.
---- -------------------
