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Maxwell仿真实例


MAXWELL 3D 12.0

BASIC EXERCISES

1. 静电场问题实例:平板电容器电容计算仿真
平板电容器模型描述: 上下两极板尺寸:25mm×25mm×2mm,材料:pec(理想导体) 介质尺寸:25mm×25mm×1mm,材料:mica(云母介质) 激励:电压源,上极板电压:5V,下极板电压:0V。 要求计

算该电容器的电容值 1.建模(Model) Project > Insert Maxwell 3D Design File>Save as>Planar Cap(工程命名为“Planar Cap”) 选择求解器类型:Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic 创建下极板六面体 Draw > Box(创建下极板六面体) 下极板起点:(X,Y,Z)>(0, 0, 0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(25, 25,0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(0, 0, 2) 将六面体重命名为DownPlate Assign Material > pec(设置材料为理想导体perfect conductor) 创建上极板六面体 Draw > Box(创建下极板六面体) 上极板起点:(X,Y,Z)>(0, 0, 3) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(25, 25,0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(0, 0, 2) 将六面体重命名为UpPlate Assign Material > pec(设置材料为理想导体perfect conductor) 创建中间的介质六面体 Draw > Box(创建下极板六面体) 介质板起点:(X,Y,Z)>(0, 0, 2) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(25, 25,0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(0, 0, 1) 将六面体重命名为medium Assign Material > mica 设置材料为云母mica, ( 也可以根据实际情况设置新材料) 创建计算区域(Region) Padding Percentage:0% 忽略电场的边缘效应(fringing effect)

电容器中电场分布的边缘效应 2.设置激励(Assign Excitation)

选中上极板UpPlate, Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 5V 选中下极板DownPlate, Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V 3.设置计算参数(Assign Executive Parameter) Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数(Create Analysis Setup) Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup 最大迭代次数: Maximum number of passes > 10 误差要求: Percent Error > 1% 每次迭代加密剖分单元比例: Refinement per Pass > 50% 5. Check & Run 6. 查看结果 Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix 电容值:31.543pF

2. 恒定电场问题实例:导体中的电流仿真
恒定电场: 导体中,以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场,或恒定电流场 (DC conduction) 恒定电场的源: (1)Voltage Excitation,导体不同面上的电压 (2)Current Excitations,施加在导体表面的电流 (3)Sink(汇),一种吸收电流的设置,确保每个导体流入的电流等于流出的 电流。只有在不使用Voltage Excitation时,才用Sink。保证 ?? J ? 0 DC conduction求解器: 不计算导体外的电场,计算时,不考虑材料的介电常数参数。

例:绘出如下图所示导体结构中的电流流向图

1.建模(Model) Project > Insert Maxwell 3D Design File>Save as>Planar Cap(工程命名为“DC Conduction”) 选择求解器类型:Maxwell > Solution Type> Electric> DC Conduction 创建导体Conductor Draw > Box 起点:(X,Y,Z)>(1, -0.6, 0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(1, 0.2,0.2) 将六面体重命名为Conductor Assign Material > Copper(设置材料为铜) 创建另3个并列的导体 Select Conductor Edit > Duplicate > Along Line(沿线复制) 输入line矢量的第1个点:(0,0,0) 输入line矢量的第2个点:(0,0.4,0) 输入复制总数:4(包括原导体)

创建导体Conductor_4 Draw > Box 起点:(X,Y,Z)>(0.8, -1, 0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(0.2, 2.2,0.2) 将六面体重命名为Conductor_4 Assign Material > Copper(设置材料为铜) 创建导体Conductor_5 Draw > Box 起点:(X,Y,Z)>(0.8, -0.4, 0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(-1.2, 0.2,0.2) 将六面体重命名为Conductor_5 Assign Material > Copper(设置材料为铜) 创建导体Conductor_6 Select Conductor_5 Edit > Duplicate > Mirror(镜像复制) 输入对称镜像平面法向量在平面中的第1点坐标:(0,0,0) 输入对称镜像平面法向量在平面外的第2点坐标:(0,1,0) 上述设置表示镜像平面为XOZ平面 将六面体重命名为Conductor_6 创建导体Conductor_7 Draw > Box 起点:(X,Y,Z)>(-0.4,0.6,0) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(-0.4, -1.2,0.2) 将六面体重命名为Conductor_sink Assign Material > Copper(设置材料为铜) 创建计算区域(Region) Padding Percentage:10% 2.设置激励(Assign Excitation) 按f,将体选择改为面选择 2.1 设置电流注入源 选中如下图所示6个面

Maxwell 3D> Excitations > Assign >Current > 1A Maxwell 在上述6个面上产生6个输入电流激励源 2.2设置电流汇(Current Sink) 选中Current_sink导体的下列2侧面 Maxwell 3D> Excitations > Assign > Sink

3.设置剖分操作(Assign Mesh Operations) 选中所有物体,Ctrl+A Maxwell 3D> Mesh operations> Assign> Inside Selection> Length Based 不选Restrict length of elements 选中Restrict the number of elements 输入maximum number of elements:10000(设置剖分单元的最大数量)

4.设置自适应计算参数(Create Analysis Setup) Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup
Default

5. Check & Run 6. 后处理 绘出导体中的电流流向图 选中所有导体 Maxwell 3D > Fields > Fields >J > J_Vector 调节矢量箭头尺寸

3. 恒定磁场问题实例:恒定磁场力矩计算
计算如下图所示永磁体模块在线圈磁场中所受力矩。

1.建模(Model) Project > Insert Maxwell 3D Design File>Save as>Magnetostatic(工程命名为“Magnetostatic”) 选择求解器类型:Maxwell > Solution Type> Electric> Magnetostatic 创建线圈 Draw > Regular Polygon(创建线圈横截面) 中心点坐标: (X,Y,Z)>(0, 5, 0) 设置截面半径:(dX,dY,dZ)>(0.5, 0,0) 截面多边形边数:Number of Segments: 12 将多边形重命名为Coil 选中Coil Draw > Sweep > Around Axis(设置如下)

Assign Material > copper(设置材料为铜) 创建永磁体模型 Draw > Box(创建下极板六面体) 起点:(X,Y,Z)>(-3, -0.5, -0.5) 坐标偏置:(dX,dY,dZ)>(6,1,1) 将六面体重命名为Magnet Assign Material > NdFe35(设置材料为NdFe35铷铁硼材料)

设置磁体的磁化方向(X,Y,Z)>(1,0,0)(磁体沿x轴正方向磁化) 创建激励电流加载面(Create Section) Select Coil Modeler > Surface > Section Modeler > Boolean > Separate Bodies(分离两Section面) 删除1个截面 Select 1个截面,Del 将剩下的1个截面重命名为“Section1” 旋转线圈和激励电流加载面 选中 Coil和Section1

创建计算区域(Region) Draw > Region Padding Percentage:100% 2.设置激励(Assign Excitation) 选中线圈截面:Section1

Maxwell 3D> Excitations > Assign > Current Name: Current1 Value: 100 Type: Stranded 3.设置计算参数(Assign Executive Parameter) 选中 Magnet Maxwell 3D > Parameters > Assign > Torque Name: Torque1 Type: Virtual Axis: Global::Z, Positive 4.设置自适应计算参数(Create Analysis Setup) Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup 最大迭代次数: Maximum number of passes : 15 误差要求: Percent Error: 1% 每次迭代加密剖分单元比例: Refinement per Pass : 30% 5. Check & Run 6. 查看结果 Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Torque 力矩:-2.9288E-005 (N·m) XOY平面磁场强度幅值分布图

XOY平面磁场强度方向矢量图

Ansoft 快捷键 o: 选中实体 f:选中实体的某一面 e:选中实体的某一边 v:选中实体的某一顶点


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