当前位置:首页 >> 自然科学 >>

ANSYS关于电场分析步骤及例子

ANSYS 关于电场分析的步骤和例子
电场分析要计算的典型物理量有:电场,电流密度,电荷密度,传导焦耳热 纯电场分析:包括,稳态电流传导分析,静电场分析,电路分析 静电场的分析基础是泊松方程: 主要的未知量(节点自由度)是标量电位(电压) 可用于电场分析的单元: 可用于电场分析的单元

表 1 传导杆单元
单元 LINK68 维数 3-D 形状或特性 单轴,2 节点 自由度 温度和电压

表 2 2-D 实体单元
单元 PLANE67 PLANE121 维数 2-D 2-D 形状或特性 四边形,4 节点 四边形,8 节点 自由度 温度和电压 电压

表 3 3-D 实体单元
维 形状或特 单元 数 性 每个节点 6 个自由度; 可以 可用作热-电耦合单 六面体,8 SOLID5 3-D 节点 量位 六面体,8 SOLID69 3-D 节点 四面 节点温度、电压 元 每个节点 6 个自由度; 可以 可用作热-电耦合单 场单元 可用作热-电耦合单 是位移、温度、电压、磁标 元或作为电-磁耦合 自由度 使用注意

SOLID98 3-D 体,10 节 是位移、温度、电压、磁标 元或作为电-磁耦合 点 六面 SOLID122 3-D 体,20 节 电压 点 四面 SOLID123 3-D 体,10 节 电压 点 量位 场单元

表 4 壳单元
单元 SHELL157 维数 3-D 形状或特性 四边形壳,4 节点 自由度 温度和电压

表 5 特殊单元
单元 MATRIX50 元) INFIN110 2-D 单元确定 每节点一个, 可以是磁矢量位、 温度、 4 或 8 节点 电压 六面体, 8 或 20 节 AX, AY, AZ 磁矢量位、温度、标量电 INFIN111 3-D 点 位或标量磁位 维数 形状或特性 自由度 根据包含的单元类型决定

无(超单 根据结构中包括的

表 6 通用电路单元
维 单元 数 通用电路单元,最多可 6 每节点三个;可以是电势、电流或电 CIRCU124 无 节点 动势降 形状或特性 自由度

表 7 带电压自由度单元的反作用力
Material KEYOPT Element (1) for VOLT DOF Electric Current PLANE67 N/A TEMP, VOLT RSVX, RSVY Flabel=AMPS Electric Current LINK68 N/A TEMP, VOLT RSVX Flabel=AMPS Electric Current SOLID69 N/A TEMP, VOLT RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS Electric Current SHELL157 N/A TEMP, VOLT RSVX, RSVY Flabel=AMPS Electric Current PLANE53 1 VOLT, AZ AX ,AY, AX, 1 VOLT SOLID97 AX, AY, AZ, 4 VOLT, CURR Electric Current SOLID117 1 AZ,VOLT RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS Electric Charge PLANE121 N/A VOLT PERX, PERY Flabel=CHRG Electric Charge SOLID122 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS Electric Current RSVX, RSVY Flabel=AMPS DOFs Property Input Reaction Force

Electric Charge SOLID123 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG Electric Charge SOLID127 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG Electric Charge SOLID128 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG Electric Current CIRCU124 0–12 VOLT, CURR, EMF N/A Flabel=AMPS Electric Current CIRCU125 0 or 1 VOLT UX-VOLT, Electric Current TRANS126 N/A UY-VOLT, UZ-VOLT Electric Current 6 PLANE13 UX, UY, UZ, 7 VOLT RSVX, RSVY, RSVZ UX, 0 TEMP, VOLT, MAG PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current SOLID5 1 TEMP, VOLT, MAG RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS UX, UY, UZ, 3 VOLT 9 VOLT RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ UX, 0 TEMP, VOLT, MAG PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current SOLID98 1 TEMP, VOLT, MAG RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS UX, UY, UZ, 3 VOLT 9 VOLT UX, UY, SOLID62 N/A UZ, Electic Current AX, AY, AZ, VOLT INFIN110 1 VOLT PERX, PERY Electric Charge RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current Negative Electric Negative Electric UY, UZ, Flabel=AMPS PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current Negative Electric Negative Electric UY, UZ, Flabel=AMPS PERX, PERY Charge Flabel=AMPS Electric Current Negative Electric VOLT, AZ RSVX, RSVY Flabel=AMPS N/A Flabel=AMPS N/A Flabel=AMPS

Flabel=CHRG Electric Charge INFIN111 2 VOLT PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG

稳态电流传导分析简介

稳态电流传导分析可以分析计算直流电流和电压降产生的电流密度和电位分布。 可以进 行两种加载:电压和电流。稳态电流传导分析认为电压和电流成线性关系,即电流与所加电 压成正比。

稳态电流传导分析的步骤

稳态电流传导分析有三个主要的步骤:

1.建立模型

2.加载并求解

3.观察结

1. 建立模型

建立模型,定义工作文件名和标题: 命令:/FILNAME, /TITLE GUI:Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 在 GUI 参数选择框中选择 Electric 选项。以便能够选择需要的单元。

GUI:Main Menu>Preferences>Electromagnetics>Electric

然后按照《ANSYS 建模与分网指南》中的描述定义单元类型、定义材料特性并建立几何 模型。

在电流传导分析中,可以使用下列单元:

·LINK68:三维二节点热/电线单元

·PLANE67:二维四节点热/电四边形单元

·SOLID5:三维八节点结构/热/磁/电六面体单元

·SOLID69:三维八节点热/电六面体单元

·SOLID98:三维十节点结构/热/磁/电四面体单元

·SHELL157:三维四节点热/电壳单元

·MATRIX50:三维超单元

单元的详细介绍可参看前面单元表。

必须只定义一种材料特性:电阻(RSVX),它可以是和温度有关的。 2. 加载并求解 此步骤定义分析类型及其选项、给模型加载、定义载荷步选项并求解:

进入 SOLUTION 处理器

命令:/SOLU /SOLU

GUI:Main Menu>Solution

定义分析类型

作下列任何一个操作:

● 在 GUI 方式下,选择路径:Main Menu>Solution>New Analysis 并选择 Static 分析。

● 如果是一个新的分析,执行下列命令:ANTYPE,static,new ANTYPE,static,new

●如果是需要重启动一个前面做过的分析(如施加了另外一种激励),使用命令 ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的结果文件 Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和 ANTYPE Jobname.DB 还可用,就可以重启动分析。

定义分析选项

选择方程求解器(系统缺省使用 Frontal 求解器)。

命令:EQSLV EQSLV GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options 加载

电流

电流(AMPS)是经常加在模型边界上的集中节点载荷(AMPS 仅仅是一个载荷标志, 和单位 制无关),正值代表电流流入节点,负值代表流出节点。如果是均匀电流密度分布,应该耦 合节点上的 VOLT 自由度,再将总电流加到某一个节点上去。

命令:F F GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>Current 电压

电压(VOLT)是经常加在模型边界上的 DOF 约束, 一个典型的应用是说明导体的一端电压 值为零(接地端),另一端为一给定电压。

命令:D D GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>Charge 备份数据. 备份数据.

用工具条中的 SAVE_DB 按钮来备份数据库, 如果计算机出错, 可以方便的恢复需要的模 型数据。恢复模型时,用下面的命令:

命令:RESUME RESUME GUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db 开始求解

命令:SOLVE SOLVE

GUI:Main Menu>Solution>Current LS

施加其它载荷条件

如果希望进行其他加载情况的计算,可以从这里再按照上述步骤操作即可。

完成求解

命令:FINISH FINISH

GUI:Main Menu>Finish

观看结果

ANSYS 把结果文件写入 Jobename.RST 中,数据有:

主数据:节点电压(VOLT) 主数据

导出数据:节点和单元电场(EFX,EFY,EFZ,EFSUM) 导出数据

单元电流密度(JSX,JSY,JSZ,JSSUM)

单元焦耳热(JHEAT)

节点感生电流

进入后处理器:

命令:/POST1 /POST1 GUI:Main Menu>General Postproc 在 POST1 中读结果 在 POST1 中后处理数据时,数据库中的模型数据一定要与结果数据相统一,且存在 Jobname.RST 文件。用 RESUME 命令读入模型数据,用 SET 命令读入结果数据。

用下列命令把希望的时间点的结果读入数据库:

命令:SET TIME SET,TIME SET GUI: Utility Menu>List>Results>Load Step Summary 如果没有数据和指定的时间点对应, 程序自动进行线性插值以得到在指定的时间点处的 数据。

处理杆单元(LINK68)时,为了得到导出数据,必须使用下列命令读结果到数据库中:

命令:ETABLE ETABLE GUI:Main menu>General Postproc>Element Table>Define Table 命令:PLETAB PLETAB GUI:Main menu>General Postproc>Plot Results>Elem Table Main menu>General Postproc>Element Table>Plot Elem Table 命令:PRETAB GUI:Main menu>General Postproc>List Results>List Elem Table Main menu>General Postproc>Element Table>Elem Table Data

等值线显示: 命令:PLESOL, PLNSOL GUI:Main menu>General Postproc>Plot Results>Element Solution Main menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu 矢量(箭头)显示:

命令:PLVECT PLVECT GUI:Main menu>General Postproc>Plot Results>Predifined GUI:Main menu>General Postproc>Plot Results>User Defined 列表显示:

命令:PRESOL, PRNSOL, PRRSOL PRESOL, GUI:Main menu>General Postproc>List Results>Element Solution Main menu>General Postproc>List Results>Nodal Solu Main menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu 其他后处理,请参见《ANSYS 基本过程手册》。

电流传导分析的其他例题

VM117 – 网路中的电流 VM170 – 正方形电流环中的磁场 VM173 – 电线中心线温度

静电场分析( 方法) 静电场分析(h 方法) 静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位(电压)分布。 该分析能加二种形式的载荷:电压和电荷密度。

静电场分析是假定为线性的,电场正比于所加电压。

静电场分析可以使用两种方法:h 方法和 p 方法。 h 方法静电场分析中所用单元

表 1. 二维实体单元

单元 PLANE121

维数 2-D

形状或特征 四边形,8 节点

自由度 每个节点上的电压

表 2. 三维实体单元
单元 SOLID122 SOLID123 维数 3-D 3-D 形状或特征 砖形(六面体),20 节点 砖形(六面体),20 节点 自由度 每个节点上的电压 每个节点上的电压

表 3. 特殊单元
单元 MATRIX50 元) INFIN110 2-D 单元 每个节点 1 个;磁矢量位,温度, 4 或 8 节点 或电位 AX、AY、AZ 磁矢势,温度,电势, INFIN111 INFIN9 INFIN47 3-D 2-D 3-D 形 3 节点 六面体,8 或 20 节点 或磁标量势 平面,无界,2 节点 AZ 磁矢势,温度 四边形 4 节点或三角 AZ 磁矢势,温度 维数 形状或特征 自由度 取决于构成本单元的单元类型

无(超单 取决于构成本单元的

h 方法静电场分析的步骤

静电场分析过程由三个主要步骤组成:

1.建模

2.加载和求解

3.观察结果

建模

定义工作名和标题: 命令:/FILNAME,/TITLE , GUI:Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 如果是 GUI 方式,设置分析参考框:

GUI:Main Menu>Preferences>Electromagnetics:Electric 对于静电分析,必须定义材料的介电常数(PERX),它可能与温度有关,可能是各向同 性,也可能是各向异性。

对于微机电系统(MEMS),最好能更方便地设置单位制,因为一些部件只有几微米大小。 详见下面 MKS 制到 ?MKSV 制电参数换算系数和 MKS 制到 ?MSVfA 制电参数换算系数表

表 4. MKS 制到 ?MKSV 制电参数换算系数表 MKS 制 V A C S/m ?m F/m J F V/m C/(m)2
2

电参数 电压 电流 电荷 导电率 电阻率 介电常数 1 能量 电容 电场 通量密度

量纲 (kg)(m) /(A)(s) A (A)(s) (A) (s) /(kg)(m)
3 3 2 3

乘数 ?MKSV 制 1 1012 10
12 6

量纲 (kg)(?m)2/(pA)(s)3 pA (pA)(s) (pA) (s)3/(kg)(?m)3 (kg)(?m)3/(pA)2(s)3 (pA)2(s)2/(kg)(?m)3 (kg)(?m)2/(s)2 (pA)2(s)4/(kg)(?m)2 (kg)(?m)/(s)3(pA) (pA)(s)/(?m)2
2

V pA pC pS/?m T??m pF/?m pJ pF V/?m pC/(?m)2

10

(kg)(m)3/(A)2(s)3 10-6 (A)2(s)4/(kg)(m)3 106 (kg)(m)2/(s)2 (kg)(m)/(s)3(A) (A)(s)/(m)2 1012 10-6 1 (A)2(s)4/(kg)(m)2 1012

自由空间介电常数等于 8.0854E-6pF/?m 表 5. MKS 制到 ?MSVfA 制电参数换算系数表 电参数 MKS 制 电压 电流 电荷 导电率 电阻率 介电常数 能量 电容 电场 V A C S/m ?m F/m J F V/m
2

量纲 (kg)(m) /(A)(s) A (A)(s) (A) (s) /(kg)(m)
3 3 2 3

乘数 ?MSVfA 制 1 1015 1015 10
9

量纲 (g)(?m)2/(fA)(s)3 fA (fA)(s) (fA) (s)3/(g)(?m)3 (g)(?m)3/(fA)2(s)3 (fA)2(s)2/(g)(?m)3 (g)(?m)2/(s)2 (fA)2(s)4/(g)(?m)2 (g)(?m)/(s)3(fA) (fA)(s)/(?m)2
2

V fA fC fS/?m -fF/?m fJ fF V/?m fC/(?m)2

(Kg)(m)3/(A)2(s)3 10-9 (A)2(s)4/(kg)(m)3 109 (kg)(m)2/(s)2 (kg)(m)/(s)3(A) (A)(s)/(m)2 1015 10-6 103 (A)2(s)4/(kg)(m)2 1015

通量密度 C/(m)2

自由空间介电常数等于 8.0854E-3fF/?m 加载荷和求解

本步定义分析类型和选项、给模型加载、定义载荷步选项和开始求解。

进入求解处理器

命令:/SOLU /SOLU GUI:Main Menu>Solution 定义分析类型

选择下列方式之一: ·GUI:选菜单路径 Main Menu>Solution>New Analysis 并选择静态分析 ·命令:ANTYPE,STATIC,NEW , , ·如果你要重新开始一个以前做过的分析(例如,分析附加载荷步),执行命令 ANTYPE,STATIC,REST。重启动分析的前提条件是:预先完成了一个静电分析,且该预分 ANTYPE,STATIC,REST 析的 Jobname. EMAT,Jobname. ESAV 和 Jobname.DB 文件都存在。

定义分析选项

可以选择波前求解器(缺省)、预条件共轭梯度求解器(PCG)、雅可比共轭梯度求解 器(JCG)和不完全乔列斯基共轭梯度求解器(ICCG)之一进行求解:

命令:EQSLV GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options
-8

如果选择 JCG 求解器或者 PCG 求解器,还可以定义一个求解器误差值,缺省为 1.0 。

加载

静电分析中的典型载荷类型有:

电压(VOLT) 14.3.2.4.1 电压(VOLT)

该载荷是自由度约束,用以定义在模型边界上的已知电压:

命令:D GUI:Main Menu>Solution>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Boundary> -Voltage电荷密度(CHRG) 电荷密度(CHRG)

命令:F

GUI:Main Menu>Solution>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Charge-On Nodes 面电荷密度(CHRGS) 面电荷密度(CHRGS)

命令:SF GUI:Main Menu>Solution>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation-Surf Chrg DenMaxwell 力标志(MXWF) 力标志( ) 这并不是真实载荷,只是表示在该表面将计算静电力分布,MXWF 只是一个标志。通常, MXWF 定义在靠近“空气-电介质”交界面的空气单元面上,ANSYS 使用 Maxwell 应力张量法 计算力并存储在空气单元中,在通用后处理器中可以进行处理。

命令:FMAGBC GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Flag>-Maxwell Surf-option 无限面标志(INF) 无限面标志(INF)

这并不是真实载荷,只是表示无限单元的存在,INF 仅仅是一个标志。

命令:SF GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Flag>-Infinite Surf-option 体电荷密度(CHRGD 体电荷密度(CHRGD) 命令:BF,BFE , GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Charge Density-option 另外,还可以用命令 BFL、BFL、BFV 等命令分别把体电荷密度加到实体模型的线、面 BFL、BFL、 和体上。

定义载荷步选项

对于静电分析,可以用其它命令将载荷加到电流传导分析模型中,也能控制输出选项和 载荷步选项,详细信息可参见第 16 章“分析选项和求解方法”

保存数据库备份

使用 ANSYS 工具条的 SAVE_DB 按钮来保存一个数据库备份。 在需要的时候可以恢复模型 数据:

命令:RESUME

GUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db 开始求解

命令:SOLVE GUI:Main Menu>Solution>Current LS 结束求解

命令:FINISH GUI:Main Menu>Finish 观察结果

ANSYS 和 ANSYS/Emag 程序把静电分析结果写到结果文件 Jobname.RST 中,结果中包括 如下数据:

主数据:节点电压(VOLT) 主数据

导出数据: 导出数据

·节点和单元电场(EFX,EFY,EFZ,EFSUM) ·节点电通量密度(DX,DY,DZ,DSUM) ·节点静电力(FMAG:分量 X,Y,Z,SUM) ·节点感生电流段(CSGX,CSGY,CSGZ) 通常在 POST1 通用后处理器中观察分析结果:

命令:/POST1 GUI:Main Menu>General Postproc 对于整个后处理功能的完整描述,见 ANSYS 基本分析过程指南。

将所需结果读入数据库:

命令:SET,,,,,TIME GUI:Utility Menu>List>Results>Load Step Summary 如果所定义的时间值处并没有计算好的结果,ANSYS 将在该时刻进行线性插值计算。

对于线单元(LINK68),只能用以下方式得到导出结果:

命令:ETABLE GUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table 命令:PLETAB GUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Elem Table Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot Elem Table 命令:PRETAB GUI:Main Menu>General Postproc>List Results>List Elem Table Main Menu>General Postproc>Element Table>Elem Table Data 绘制等值线图: 命令:PLESOL,PLNSOL , GUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Element Solution Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu 绘制矢量图:

命令:PLVECT GUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Predefined Main Menu>General Postproc>Plot Results>User Defined 以表格的方式显示数据: 命令:PRESOL,PRNSOL,PRRSOL , , GUI:Main Menu>General Postproc>List Results>Element Solution Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu POST1 执行许多其他后处理功能,包括按路径和载荷条件的组合绘制结果图。更详细信 息见 ANSYS 基本分析过程手册。

多导体系统提取电容( 过来) 多导体系统提取电容(很像翻译的 HELP, 故我把它全部 copy 过来) ,

14.4 静电场分析求解的一个主要参数就是电容。在多导体系统中,包括求解自电容和
互电容,以便在电路模拟中能定义等效集总电容。CMATRIX 宏命令能求得多导体系统自电容 和互电容。详见《ANSYS 理论手册》5.10 节。

14.4.1 对地电容和集总电容

有限元仿真计算,可以提取带(对地)电压降导体由于电荷堆积形成的“对地”电容矩 阵。下面叙述一个三导体系统(一个导体为地)。方程式中 Q1 和 Q2 为电极 1 和 2 上的电荷, U1 和 U2 分别为电压降。 Q1= (Cg)11(U1)+(Cg)12(U2) Q2= (Cg)12(U1)+(Cg)22(U2)

式中 Cg 称作为“对地电容”矩阵。 这些对地电容并不表示集总电容 (常用于电路分析) , 因为它们不涉及到二个导体之间的电容。 使用 CMATRIX 宏命令能把对地电容矩阵变换成集总 电容矩阵,以便用于电路仿真。

图 2 描述了三导体系统的等效集总电容。 下面二个方程描述了感应电荷与电压降之间形 成的集总电容:

Q1=(C1)11(U1)+(C1)12(U1—U2) Q2=(C1)12(U1—U2)+(C1)22(U2) 式中 C1 称为"集总电容"的电容矩阵。

14.4.2 步骤

CMATRIX 宏命令将进行多元模拟,可求得对地电容矩阵和集总电容矩阵值。为了便于 必须把导体节点组成节点部件, 而且不要加任何载荷到模型上 (电压、 CMATRIX 宏命令使用, 电荷、电荷密度等等)。导体节点的部件名必须包括同样的前缀名,后缀为数字,数字按照 1到系统中所含导体数目进行编号。最高编号必须为地导体(零电压)。

应用 CMATRIX 宏命令步骤如下: CMATRIX

1.建模和分网格。导体假定为完全导电体,故导电体区域内部不需要进行网格划分,只 需对周围的电介质区和空气区进行网格划分,节点部件用导体表面的节点表示。

2.选择每个导体面上的节点,组成节点部件。

命令:CM GUI:Utility Menu >Select >Comp/Assembly >Create Component 导体节点的部件名必须包括同样的前缀名, 后缀为数字, 数字按照1到系统中所含导体 数目进行编号。例如图 2 中,用前缀“Cond”为三导体系统中的节点部件命名,分别命名为 为“Condl”、“Cond2”和“Cond3”,最后一个部件“Cond3”应该为表示地的节点集。

3.用下列方法之一,进入求解过程:

命令:Solu GUI:Main Menu>Solution 4.选择方程求解器(建议用 JCG):

命令:EQSLV GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options 5.执行 CMATRIX 宏: 命令:CMATRIX GUI:Main Menu >Solution >Electromagnet >Capac Matrix

CMATRIX 宏要求下列输入:

·对称系数(SYMFAC):如果模型不对称,对称系数为 1(缺省)。如果你利用对称 只建一部分模型,乘以对称系数得到正确电容值。

·节点部件前缀名 (Condname) 定义导体节点部件名。 。 上例中, 前缀名为“Cond”。 宏命令要求字符串前缀名用单引号。因此,本例输入为’Cond’,在 GUI 菜单中,程序会自 动处理单引号。

·导体系统中总共的节点部件数(NUMCON),上例中,导体节点部件总数为“3”。

·地基准选项(GRNDKEY)。如果模型不包含开放边界,那么最高节点部件号表示 “地”。在这种情况下,不需特殊处理,直接将“地”作为基准设置为零(缺省状态值)。 如果模型中包含开放边界(使用远场单元或 Trefttz 区域),而模型中无限远处又不能作为 导体, 那么可以将“地”选项设置为零 (缺省) 在某些情况下, 。 必须把远场看作导体“地” (例如,在空气中单个带电荷球体,为了保持电荷平衡,要求无限远处作为“地”)。用 INFIN111 单元或 Trefftz 区域表示远场地时,把“地”选项设置为“1” ·输入贮存电容值矩阵的文件名(Capname)。宏命令贮存所计算的三维数组对地电 容和集总电容矩阵值。其中“i”和“j”列代表导体编号,“k”列表示对地(k=1)或集总 (k=2)项。缺省名为 CMATRIX。例如,CMATRIX(i,j,1)为对地项,CMATRIX(i,j,2) 为集总项。宏命令也建立包含矩阵的文本文件,其扩展名为.TXT。 注意: 注意:在使用 CMATRIX 命令前,不要施加非均匀加载。 以下操作会造成非均匀加载: ·在节点或者实体模型上施加非 0 自由度值的命令(D, DA, 等) ·在节点、单元或者实体模型定义非 0 值的命令(F, BF, BFE, BFA, 等) ·带非 0 项的 CE 命令

CMATRIX 执行一系列求解,计算二个导体之间自电容和互电容,求解结果贮存在结果文 件中,可以便于后处理器中使用。执行后,给出一个信息表。

如果远场单元(INFIN110 和 INFIN111)共享一个导体边界(例如地平面),可以把地 面和无限远边界作为一个导体(只需要把地平面节点组成一个节点部件)。

下图图 3 描述了具有合理的 NUMCOND 和 GRNDKEY 选项设置值的各种开放和闭合区域模 型。

后面有例题详细介绍如何利用 CMATRIX 做电容计算。 14.5 开放边界的 Trefftz 方法 模拟开放区域的一种方法是利用远场单元(INFIN110 和 INFIN111), 另一种方法为混合 有限元—Trefftz 方法(称作 Trefftz 方法)。Trefftz 方法以边界元方法的创立者名字命名。 Trefftz 方法使用与有限元类似的正定刚度矩阵高效处理开放区域的边界问题。 它可处理大 纵横比的复杂面几何体,它很易生成 Trefftz 完整函数系统。对于处理静电问题中的开放边 界条件是一种易用而精确的方法。Trefftz 方法的理论分析参见《ANSYS 理论手册》。本手 册有“用 Trefftz 方法进行静电场分析”的例题。 14.5.1 概述 使用 Trefftz 方法需要建立一个 Trefftz 区域,Trefftz 区域由下列部分组成: ·在有限元区域内的一个 Trefftz 源节点部件,但与有限元模型无关;

·带有标记的有限元区域的外表面;

·由 Trefftz 源节点部件和带有标记的有限元外表面共同创建的子结构矩阵;

·由子结构定义的超单元;

·连同子结构产生的一组约束方程;

与远场单元法相比,Trefftz 方法有许多优点,也有一些缺点。

Trefftz 方法有如下正面特征:

·本方法形成对称矩阵;

·处理开放边界时,不存在理论上的限制;

·不存在奇异积分;

·未知数最少(20~100 个未知量就可得到可靠结果);

·可用于大纵横比边界;

·允许灵活的生成格林(Greens)函数;

·利用 Trefftz 区域,可以在两个无关联的有限元区之间建立联系;

Tefftz 方法与远场单元比较有如下优点;

·通常具有更高的精确度;

·远场区不要求建模和划分单元;

·可用于大纵横比有限元区域,并且具有很好精度;

·远场单元区不必按一般有限元要求的那样,把有限元区扩展到超出装置模型区很多;

Trefftz 方法与远场单元比较有如下缺点:

·只能用于全对称模型;

·只对三维分析有效;

·模型外表面单元只能是四面体单元;

·要求定义有限元区内 Trefftz 源节点部件,并生成子结构和约束方程(当然,这一过 程是程序自动完成)。 Trefftz 方法有如下限制: ·Trefftz 节点最大数为 1000; ·最高容许的节点号为 1,000,000; ·最高容许的外表面节点数为 100,000;

·外表面容许的最大单元面数(小平面)为 100,000; Trefftz 方法假设无限远处是 0 电位。因此,在处理具有不同电位的多电极系统时,使用 本方法要注意建立不同的节点部件。当然,对于使用 CMATRIX 命令宏来提取电容,程序已经 完全考虑,已经把无限远处设成了 0 电位或者接近 0 电位。

14.5.2 14.5.2 步骤

在 3-D 静电分析中建立一个 Trefftz 区域,定义 Trefftz 区域按下列过程进行:

1)建立一个静电区域的有限元模型(包括导体、介质和四周空气)。对有限模型加上 全部必需的边界条件(电压、电荷、电荷密度等)

2) 对有限元区域的外表面加上标志, 作一个无限面来处理。 加无限面标志 (INF Label) , 使用如下方法: 命令:SF,SFA,SFE , , GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads- Apply>-Electric- Flag>-Infinite Surf-On Nodes Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads- Apply>-Electric- Flag>-Infinite Surf-On Areas Main Menu>Preprocessor>Trefftz-Domain>Infinite Surf-On Areas 3) 建立 Trefftz 源节点, 源节点作为 Trefftz 区域的未知量。 这些未知量表示 Trefftz 方法的源电荷,用 CURR 自由度计算且储存 Trefftz 节点上的这些源电荷。

如图 4“定义 Trefftz 的区域”中步骤 3 所示, 应在模型装置与有限元区外表面之间设 置 Trefftz 源节点。 Trefftz 源节点离模型装置的距离应该小于到有限元模型外表面的距离, 这样 Trefftz 方法计算所得的结果会更精确。Trefftz 源节点离有限元模型外表面表面越 远,得到的结果越精确。例如,X 方向上,Trefftz 节点正好包围模型装置(b/c>1),有限 元外边界设置到较远距离处(a/b>2)。对 Y 和 Z 方向应用大致相同的规则。若 Trefftz 源节 点不接近于装置或在有限元区域表面上,会导致一个近似奇异解而产生不正确的结果。

利用定义一个简单实模型体(如六面体、球、园柱体或它们的布尔运算组合体等),很容 易地建立包围模型装置并在有限元区域内的 Trefftz 节点。 但是它应该在有限元外表面的内 部,如图 4 所示。

一旦定义了简单模型体, 可以采用下列方法之一把简单实模型划分网格并建立 Trefftz 节点:

命令:TZAMESH GUI:Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>Mesh TZ Geometry

用 TZAMESH 命令对体表面进行网格划分,然后删除非求解单元,只留下 Trefftz 节点。 它把 Trefftz 节点组成命名为 TZ-NOD 的节点部件,以备在 Trefftz 子结构生成中调用。

Trefftz 方法只要求很少的源节点。缺省时,TZAMESH 命令把简单实模型体各边分成二 段。对大纵横比几何体,可按规定的长度划分实体。这二种选项在 TZAMESH 命令中都有效。 它会提供很多 Trefftz 节点,但是并不是节点越多精度越高。精度也受外表面单元数和 Trefftz 源项近似的影响。一般例题将不超过 20 到 100Trefftz 节点。 利用下列方法,可删除 Trefftz 节点:

命令:CMSEL,,TZ_NOD NDELE,ALL CMDELE,TZ_NOD GUI:Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>Delete TZ Nodes 4)建立 Trefftz 子结构、超单元、和约束方程。Trefftz 方法使用有限元模型的外表 面和 Trefftz 节点建立子结构矩阵。用 MATRIX50 超单元将该矩阵组合到模型中。另外,需 要一组约束方程来完善 Trefftz 区域。利用 TZEGEN 宏命令,可自动完成建立子结构、用超 单元组合到模型、定义约束方程等过程。

建立子结构并使其以超单元的方式组合到模型中,用下列方式:

命令:TZEGEN GUI:Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>-Superelement-Generate TZ TZEGEN 命令也自动定约束方程。 一旦建立了 Trefftz 区域,就可利用标准求解步骤来解题。

如果分网面上的单元发生了变动或要建立一个新的 Trefftz 区域, 则已定义的 Trefftz 区域应被删除。在求解模型内只能同时存在一个 Trefftz 区域。

采用下列方法可删除 Trefftz 超单元、相应的约束方程和全部 Trefftz 文件:

命令:TZDELE GUI:Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>-Superelement-Delete TZ TZDELE 命令删除在生成超单元过程中产生的全部 Trefftz 文件,包括如下文件: ·Jobname.TZN ——Trefftz 源节点

· Jobname.TZE ——在有限元边界上的 Trefftz 表面 ·Jobname. TZX ——在有限元边界上表面节点 ·Jobname.TZM ——Trefftz 材料文件 详见本手册例题“用 Trefftz 方法进行静电分析(命令方法)”

CALL,下面竟然是例子,HELP 中的,怎么办,也 copy 吧 ,下面竟然是例子, 中的,怎么办, 方法进行静电场分析的实例( 方式) 14.6 用 h 方法进行静电场分析的实例(GUI 方式)

14.6.1 问题描述

本节描述如何做一个屏蔽微带传输线的静电分析, 该传输线是由基片、 微带和屏蔽组成。 微带电势为 V1,屏蔽的电势为 V0,确定传输线的电容。该算例的描述见下图。

材料和几何参数

14.6.2 分析方法与建模提示
2

通过能量和电位差的关系可以求得电容:We = 1/2C(V1-V0) ,We 是静电场能量,C 为电 容。在后处理器中对所有单元能量求和可以获得静电场的能量。

后处理器中还可以画等位线和电场矢量图等。

14.6.3 目标结果

目标

电容, pF/m

178.1

步骤 1: 开始 1.进入 ANSYS 程序. 2.选择菜单路径 Utility Menu>File>Change Title. 3.输入"Microstrip transmission line analysis." 4.点击 OK. 5.选择 Main Menu>Preferences. 6.点击 Magnetic-Nodal 和 Electric. 7.点击 OK. 步骤 2: 定义参数 1.选择 Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters. 2.输入下列参数,若发生输入错误,重新输入即可 V1 = 1.5 V0 = 0.5 3.点击 Close 步骤 3: 定义单元类型 1.选择 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete. 2.点击 Add. 3.点击高亮度的"Electrostatic"和"2D Quad 121." 4.点击 OK. 5.点击 Close. 步骤 4: 定义材料属性 1.选择 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.

2.在材料窗口,依次双击以下选项: Electromagnetics, Relative Permittivity, Constant 3.MURX (Relative permeability)输入 1,点击 OK.在定义材料的窗口的左边区域显示的材 料号为 1. 4.选择菜单路径 Edit>Copy. 点击 OK。把材料 1 拷贝到材料 2. 5.在材料框中,双击 2 号材料和 Permittivity (constant). 6.在 PERX 区域输入 10, 点击 OK. 7.选择菜单路径 Material>Exit 8.点击 SAVE_DB on the ANSYS Toolbar. 步骤 5: 建立几何模型和压缩编号 1.选择 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Rectangle> By Dimensions. 2.输入下列值(用 TAB 键,在输入区域间切换) X1 域 0 X2 域 .5 Y1 域 0 Y2 域 1 3.点击 Apply. 4.创建第 2 个矩形,输入下列值:

X1 域 .5 X2 域 5 Y1 域 0 Y2 域 1 5.点击 Apply. 6.创建第 3 个矩形,输入下列值:

X1 域 0 X2 域 .5 Y1 域 1

7.点击 Apply.

8.创建第 4 个矩形,输入下列值:

X1 域 .5 X2 域 5 Y1 域 1 Y2 域 10

9.点击 OK.

10.粘接所有面, 选择 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Glue>Areas. 11.点击 Pick All. 12.选择 Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers. 13.设置 "Item to be compressed" 为 "Areas." 14.点击 OK.
步骤 6: 为模型各个部分指定属性为网格划分作准备

1.选择 Utility Menu>Select>Entities. 2.把顶端的选项按钮由"Nodes"设置为"Areas.". 3.把紧接着的选项按钮设置为 "By Num/Pick." 4.点击 OK.

5.通过点击,选取面 1 和 2. (面 1 和 2 在图形窗口的底部) 被选中的面会改变颜色。

6.点击 OK. 7.选择 Main Menu>Preprocessor>-Attributes-define>Picked Areas. 点击 Pick All. 8.设置"Material number" 为 2. 9.点击 OK. 10.选择 Utility Menu>Select>Entities. 11.确认两个按钮为 "Areas" 和 "By Num/Pick." 12.点击 Sele All, 点击 OK.

13.点击 Pick All. 14.选择 Utility Menu>Select>Entities. 15.把顶部按钮设置为 "Lines." 16.把底部按钮设置为 "By Location." 17.点击 Y Coordinates . 18.在"Min, Max" 区域, 输入 1. 19.点击 Apply. 20.点击 Reselect 和 X Coordinates 按钮 21.在 "Min, Max" 区域, 输入.25. 22.点击 OK.. 步骤 7: 划分模型 1.选择 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines. 2.在"No. of element divisions" 区域, 输入 8. 3.点击 OK. 4.选择 Utility Menu>Select>Entities. 5.确认顶部按钮设置为"Lines." 6.设置下面的按钮为"By Num/Pick." 7.点击 From Full . 8.点击 Sele All, 点击 OK. 9.点击 Pick All. 10.选择 Main Menu>Preprocessor>MeshTool. 11.点击 Smart Size 按钮. 12.将 SmartSizing 滑块移动到 3. 13.确认 Mesh 对象设置为"Areas."

14.点击 shape:Tri 按钮. 15.点击 MESH 按钮. 16.点击 Pick All. 17.点击 Close 步骤 8: 施加边界条件和载荷 1.选择 Utility Menu>Select>Entities. 2.设置顶部按钮为"Nodes." 3.设置下面的按钮为"By Location." 4.点击 Y Coordinates 和 From Full 按钮. 5.在"Min, Max"区域, 输入 1. 6.点击 Apply. 7.点击 X Coordinates 和 Reselect 按钮. 8.在"Min, Max"区域, 输入 0,.5. 9.点击 OK. 10.选择 Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric- Boundary>-Voltage-On Nodes. 11.点击 Pick All. 12.在"Value of voltage (VOLT)"区域, 输入 V1. 13.点击 OK. 14.选择 Utility Menu>Select>Entities. 15.确认上面的两个按钮设置为"Nodes" 和"By Location." 16.点击 Y Coordinates 和 From Full 按钮. 17.在"Min, Max" 区域, 输入 0.

18.点击 Apply.

19.点击 Also Sele 按钮. 20.在 "Min, Max" 区域, 输入 10. 21.点击 Apply. 22.点击 X Coordinates 按钮. 23.在"Min, Max" 区域, 输入 5.

24.点击 OK. 25.选择 Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric- Boundary>-Voltage-On Nodes. 26.点击 Pick All. 27.在 "Value of voltage (VOLT)" 区域, 输入 V0. 28.点击 OK.

步骤 9: 对面进行缩放 1.选择 Utility Menu>Select>Entities. 2.确认顶部的按钮设置为"Nodes," 下面的按钮设置为 "By Num/Pick," 和 "From Full"。 3.点击 Sele All 按钮,点击 OK.点击 Pick All. 4.选择 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Scale>Areas. 5.点击 Pick All. 6.在 "RX, RY, RZ Scale Factors" 区域, 输入下列值: RX field .01 RY field .01 RZ field 0 7.在"Items to be scaled" 区域, 设置按钮为 "Areas and mesh." 8.在"Existing areas will be" 区域, 设置按钮为"Moved." 9.点击 OK. 10.选择 Main Menu>Finish.

步骤 10: 求解 1.选择 Main Menu>Solution>-Solve-Current LS. 2.点击 Close. 3.点击 OK 开始求解.求解后要弹出一个提示信息,点击 Close. 4.选择 Main Menu>Finish. 步骤 11: 存储分析结果 1.选择 Main Menu>General Postproc>Element Table>define Table. 2.点击 Add. 3.在"User label for item" 区域, 输入 SENE. 4.在"Results data item" 区域, 点亮"Energy" (当左边的"Energy"显示为高亮度时,右边的 "Elec energy SENE"自动显示为高亮度) 5.点击 OK. 6.点击 Add. 7.在"User label for item" 区域, 输入 EFX. 8.在"Results data item" 区域, 点亮"Flux & gradient" 和 "Elecfield EFX."。 9.点击 OK. 10.点击 Add. 11.在 "User label for item" 区域, 输入 EFY. 12.在"Results data item" 区域, 点亮"Flux & gradient"和"Elec field EFY."。 13.点击 OK. 14.点击 Close 15.点击 SAVE_DB 步骤 12: 画结果图 1.选择 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering.

2.设置"Numbering shown with" 区域为"Colors only." 3.点击 OK. 4.选择 Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu. 5.在"Item to be contoured" 区域, 点亮"DOF solution"和"Elec poten VOLT."。 6.点击 OK. 7.选择 Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Vector Plot-User-defined. 8.在"Item" 区域, 输入 EFX. 9.在"Lab2" 区域, 输入 EFY. 10.点击 OK. 步骤 13: 进行电容计算 1.选择 Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item. 2.点击 OK. 一个弹出窗口会显式所有单元表及其值。 3.点击 Close 4.选择 Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data. 5.在"Type of data to be retrieved" 区域, 点亮"Results data"和"Elem table sums." 6.点击 OK.弹出的对话框显式求和的单元表值。 7.在"Name of parameter to be defined," 区域, 输入 W. 8.设置"Element table item" 区域为"SENE." 9.点击 OK. 10.选择 Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters. 11.输入下列值: C = (w*2)/((V1-V0)**2) C = ((C*2)*1e12)

12.点击 Close.

13.选择 Utility Menu>List>Status>Parameters>Named Parameter. 14.在"Name of parameter" 区域, 点亮 C. 15.点击 OK. 弹出窗口显式 C 的值。 16.点击 Close 关闭弹出窗口。
步骤 14: 完成分析

选择 Main Menu>Finish. 点击 QUIT,选择一种退出方式并点击 OK.


相关文章:
ANSYS关于电场分析步骤及例子.doc
ANSYS关于电场分析步骤及例子 - ANSYS 关于电场分析的步骤和例子 电场
电场分析的步骤和ANSYS help中的例子.doc
电场分析的步骤和ANSYS help中的例子 - 关于电场分析步骤和例子 电场
Ansys二维平面电场分析.doc
Ansys二维平面电场分析 - 关于电场分析步骤和例子 电场分析要计算的典型物
ANSYS-电场分析.doc
(命令方法)” 20 14.6 用 h 方法进行静电场分析的实例(GUI 方式) 14.6....ANSYS关于电场分析步骤及... 33页 1下载券 基于ANSYS的灭弧室电场计... ...
ANSYS Workbench电磁场分析简易实例_图文.pdf
ANSYS Workbench电磁场分析简易实例_机械/仪表_工程科技_专业资料。 您的评论 发布评论 用户评价 错的,作者还有其他关于电磁场的文档吗? 2018-06-19 14:09:47...
ANSYS电磁场分析例子解读_图文.doc
ANSYS电磁场分析例子解读_中职中专_职业教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载 | 举报文档 ANSYS电磁场分析例子解读_中职中专_职业教育_教育专区。ANSYS ...
ANSYS实例导体球周围的电场分布.doc
ANSYS实例导体球周围的电场分布_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。ANSYS实例,导体球周围的电场分布,此为WORD文档,其中载有详细操作步骤及相关截图 ...
ANSYS电磁场分析指南 第十四章 静电场分析(h方法.doc
由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位(...整个后处理功能的完整描述,见 ANSYS 基本分析过程...(命令方法)” 方法进行静电场分析实例( 方式) ...
ANSYS电场分析.doc
ANSYS电场分析_IT/计算机_专业资料。用于ansys 14.6.1 问题描
ANSYS二维电场计算操作过程.doc
电场有限元分析计算操作过程电场计算分 h 方法 p ...定义材料种类和属性(电场计算中、电极可以当边界进行...Ansys二维实体分析实例操... 3页 免费 ANSYS...
论文ANSYS分析电磁流程问题及实例分析_图文.doc
实例中,主要分析电场和磁场在频率或模 型角度大小的参数为变量的情况,电场和磁场随着变量的变化过程, 还有 S 参数的变化。 借助实例分析加深对 ANSYS 的认识...
ANSYS_Workbench_电磁场分析例子剖析_图文.ppt
ANSYS_Workbench_电磁场分析例子剖析_中职中专_职业教育_教育专区。ANSYS_Workbench_ ANSYS Workbench 9.0 ...
Ansys电场学习.doc
11. 关于模型的对称性问题 我在仿照一个例子作的时候,由于部件是轴对称且上下...ANSYS关于电场分析步骤及... 33页 1下载券 ANSYS电磁场分析指南-第... 8页...
ANSYS电磁场分析指南.doc
谐波瞬态分析(节点 法) : ANSYS 电磁场分析指南...场分析指南 第十三章 电场分析: ANSYS 电磁场分析...静磁分析的分析步骤根据以下几个因素决定: 模型是...
Ansys二维静电场分析1_图文.pdf
ANSYS电场分析 2012-12-6 1 静电场分析一、什么是静电场分析电场分析用以确定由电荷分布或外加 电势所产生的电场和电标势( 电势所产生的电场和电标...
ANSYS_Workbench_电磁场分析例子_图文.ppt
ANSYS_Workbench_电磁场分析例子_机械/仪表_工程科技_专业资料。ANSYS Workbench 9.0 Electromagnetics Paul ...
ANSYS静电场分析(P方法).pdf
ANSYS电场分析(P方法)_信息与通信_工程科技_专业...采用h-Method 方法进行静电场分析范例 1、问题...在"Lab2"框中输入 EFY, 单击 OK,绘制了电场矢量...
ANSYS二维电场分析计算.pdf
ANSYS二维电场分析计算 - ANSYS二维电场分析计算过程,步骤超详细。 对
ANSYS电磁场分析指南.doc
》。本章只讲单纯的电场分析,主要是稳态 电流传导分析、静电场分析和电路分析。...Menu>General Postproc 对于所有的后处理函数的详细描述,参见《ANSYS 基本过程...
基于ansys的三相点电场分析及优化_论文.pdf
基于ansys的三相点电场分析及优化 - 中国 新拉 帮 产虽 201 7 NO.09 上) 高新技术 基于a nsys 的三相 点 电场 分析...
更多相关文章: