什么是磁吸結構
-使用永磁體之間的磁力進行關閉、密封或定位的結構
-廣泛應用于消費電子、家電、工業及汽車等領域，其中消費電子領域包括但不限于筆記本電腦、平板電腦、手機、磁吸鍵盤、觸控筆、智能保護套等
-典型的磁吸結構應用為：消費電子產品中的定位器、連接器、傳感設備等
磁吸結構設計挑戰
-磁吸閉鎖時，過大的磁力會損壞外殼、連接器等結構
-用戶體驗是重要的設計目標(用戶可以輕易地將物體磁吸合并分離)
-難以對磁鐵間的作用力進行建模，以及確定物體間的沖擊力
ANSYS Motion如何提供助力
-滿足指定應用場景的磁力設計
-在滿足磁力的要求下，減少尺寸和降低成本
-預測移動軌跡、閉合速度和沖擊力
-預測沖擊后的機械應力
Motion與Maxwell雙向耦合工作流簡介
2022R2新功能：Motion和Maxwell最新仿真流程
-全自由度的Ansys Motion與Maxwell聯合仿真
? 自動創建后處理（report和field plot）
-在每個Motion求解時間步中，Maxwell中的物體會根據Motion傳遞的數據進行移動和旋轉。Maxwell求解后把力和力矩傳遞到Motion中
Ansys Motion與Maxwell聯合仿真工作流程
1、啟動Ansys Motion Preprocessor 2022R2(Motion的前后處理是分開的軟件)，在軟件左上角選擇new→new file
2、在彈出的窗口中選擇SubSystem，定義文件名和文件保存路徑，點擊OK
? Motion使用3級文件：work-file.dfwork（例如汽車）；model-file.dfmodal（例如懸掛系統）；subsystem-file.dfsub（例如彈簧）
3、在彈出的窗口中選擇默認的單位MMKS，點擊next設置重力（可以稍后設置）或點擊finish顯示前處理界面
4、在body界面下點擊import CAD導入CAD模型
5、在彈出的窗口中要導入的模型，motion支持多種CAD格式：ACIS、CATIA、Parasolid、step等
6、點擊apply，平板電腦和觸控筆模型導入到軟件中
? 右鍵選擇物體，可以更改模型名字、透明度以及隱藏實體
7、打開自動隱藏的“屬性”選項卡，本案例不考慮重力因素，設置重力為0（XYZ三個方向重力均為0）
1、點擊軟件下方material工具欄，在材料屬性窗口輸入鋁的材料屬性。輸入楊氏模量和泊松比后點擊“G”，軟件自動計算剪切模量
? 對于剛體，只需定義密度；磁性材料的磁特性需在Maxwell中定義
2、鋁的材料屬性輸入完成后點擊右側“√”，鋁材料添加到軟件中。按照同樣的步驟添加玻璃材料屬性。輸入完成后材料列表中共
有
三個材料：
MAT_001（系統自帶）、鋁和玻璃
3、在模型樹下右鍵選擇物體，點擊property，在彈出的窗口中點擊“M”為物體分配材料屬性。本例中，兩個永磁體按默認材料
MAT_001、觸摸板定義玻璃材料，其他物體定義鋁材料
? 對于剛體，可以在此頁面直接定義密度，不需要再加載材料屬性
-在模型樹下右鍵選擇物體，點擊property，在彈出的窗口中可以定義剛體或柔性體。本例中定義觸控筆pen_body為柔性體—EasyFlex Nodal
? EasyFlex Nodal: 節點柔性體，采用有限元分析，可以考慮非線性行為
? EasyFlex Modal：模態柔性體，采用模態疊加法計算，速度快，但只能考慮線性行為
-點擊EasyFlex界面，軟件使用簡易的按鈕來控制計算精度（類比網格剖分，數值越小計算越精確）。本例選擇默認設置3
? Seed Point僅用于空心EasyFlex物體，如薄壁盒子
-Group是物體的集合，group內的物體可以批量設置（比如同時移動），方便用戶進行前處理操作
-本例中必須定義group，因為在定義magnetic force時不能直接使用“物體” ，只能通過group定義電磁力。定義group另一個好處是使用group auto connector可以自動創建group內的約束
-本例中創建兩個group，平板電腦和筆（由于pen_body是柔性體，所以group_pen中只包含PM_pen）
-在group界面下點擊group ，右鍵選擇PM_pen，點擊pick，PM_pen出現在物體列表中，點擊OK完成group的定義
-同樣的方法定義包含平板電腦的Group，共八個物體。點擊OK，在Group菜單下出現group_pen和group_tablet
Group Auto Connector可以自動地為Group內的物體創建固定約束，方便用戶進行前處理操作
1、在constraint界面下點擊Group Auto Connector，右鍵選擇Group_tablet，點擊pick， Group_tablet出現在物體列表中，點擊OK完成Group Auto Connector的定義
? 在Connector菜單下出現七個固定約束，七個物體分別與pad形成固定約束條件
2、在constraint界面下點擊Fixed，在彈出的窗口中base entity選擇pad，action entity選擇Ground，點擊Apply，把pad與大地設為固定約束，這樣GROUP_tablet內的物體全部與大地形成固定約束條件，在仿真過程中保持靜止
必須為每個可能接觸的物體定義Contact。與約束不同，Contact是面相互接觸不是體相互接觸。
剛體之間的接觸可以使用物體，但是最好使用“faceset”來定義接觸；對于柔性體必須使用“faceset”定義接觸。
1、在Contact界面下點擊Faceset，點擊平板電腦與觸控筆相鄰的平面，Pad/Face(9)出現在彈出的界面列表中，點擊OK，在Region菜單下生成FACE_SET01
2、同樣的操作，選擇觸控筆兩個表面，生成FACE_SET02；選擇觸控筆上表面，生成FACE_SET03；隱藏觸控筆，選擇觸控筆中永磁體一個表面，生成FACE_SET04
3、雙擊FACESET_01，在general菜單下勾選Max facet size，并填寫0.5。同樣的操作，定義另外三個Faceset網格尺寸為0.5。點擊Preview，可以看到面網格。定義網格的作用是在物體接觸時進行有限元分析。
4、pen_body與PM_pen，應該是固定約束關系，由于pen_body是柔性體，必須通過Faceset定義約束條件。依照之前介紹的步驟，定義FACE_SET03和FACE_SET04為固定約束關系
5、在Contact界面下點擊General Contact，點擊Base Geometry下方空白處，右鍵點擊FACESET_01選擇pick，同樣的步驟定義FACESET_02為Action Geometry。點擊apply，在contact菜單下出現Gcontact_01
-Motion與Maxwell通過Magnetic功能傳遞力和力矩數據以及永磁體的位置
-在Force界面下點擊Magnetic，右鍵選擇GROUP_pen和GROUP_tablet，點擊pick，兩個GROUP出現在物體列表中，點擊OK，在Connector菜單下出現Mag_001電磁力約束
? 由于“Magnetic”不能直接調用“物體”，所以只能通過Group定義Magnetic Force
-雙擊Mag_001，設置參數并生成Maxwell project
點擊Generate Maxwell Project按鈕，自動生成Maxwell project
1、更改求解域尺寸。自動生成的模型求解域尺寸為XYZ方向擴展500%，調節求解域尺寸，符合電磁場仿真要求
2、定義材料屬性。自動生成的模型永磁體的材料屬性是空白的，需要用戶定義適合的永磁體材料（其他材料也可編輯與更改）
3、設置setup。自動生成的模型solve setup的percent error為0.5，本例按照電磁仿真默認的1%即可
4、確認是否自動開啟enable material override（Maxwell 3D→design setting）
6、保存project，不要關閉Maxwell，耦合仿真時需要進行數據交換
1、返回到Motion，在Magnetic的Design Name中填寫Maxwell的Design名字，點擊OK
2、在Simulation界面下點擊Run→Modify，在彈出的界面中設置求解時間和時間步長。本例設置求解時間0.04s，時間步長
50步，如果時間步長過小，可能無法捕捉到接觸瞬間電磁力或速度的最大值
3、點擊solver界面，定義并行求解核數，點擊Simulate開始求解
Ansys Motion后處理
-在求解過程中可以看到迭代次數以及求解時間，在maxwell中可以看到永磁體的位置隨著求解時間變化而變化
-求解完成后所有文件都存放在之前定義的文件保存路徑中
-求解完成后Motion post processor自動打開
-如果要打開其他后處理文件，點擊Ansys Motion Postprocessor 2022R2，在彈出的路徑選擇對話框中選擇*.dfr文件
點擊模型顯示窗口下部的紅色錄制按鈕，編輯軟件上方的保存路徑、保存格式（MP4或GIF）以及幀頻，點擊右側“＋”，動畫自動保存到設置的路徑中
點擊軟件左上角contour，模型列表中只有柔性體pen_body，Mapping type選擇FE Node，characteristic選擇Displacement（還可以選擇其他的物理量），Component選擇Y，點擊左側“+”，繪制觸控筆在接觸過程中Y方向的形變云圖
-點擊chart→create chart→add curve，模型列表中選擇Contact→Gcontact_01， characteristic選擇Normal Force（還可以選擇其他的物理量），Component選擇Sum，點擊左側“+”，繪制觸控筆在接觸過程中電磁力曲線
-按照同樣的方法，選擇PM_pen→PM_pen/CM，繪制觸控筆在接觸過程中的速度與加速度曲線
調整形變云圖與三個曲線的位置，按照之前的方法保存動畫云圖和曲線。可以看到觸控筆剛接觸到pad時，速度達到峰值；而在筆完全接觸pad時電磁力和加速度達到峰值
-關閉后處理軟件，彈出保存結果窗口，點擊save，*.dfnps文件（結果文件）自動存放在之前定義的文件保存路徑中
-如想打開之前的solution文件，點擊軟件左上角 →load，在彈出的窗口中選擇要導入的solution文件
不同工況下的仿真對比
-增加筆與pad之間的距離。在模型列表中選擇pen_body，點擊home→object control→translate，點擊“-Y”并輸入15，點擊右側的apply，觸控筆沿Y軸負方向移動15mm
-Motion與Maxwell中筆與pad增加了距離
-由于距離增加，永磁體的磁力不足以吸引觸控筆到pad上，電磁力為0
-更改矯頑力后，繪制觸控筆在接觸過程中的電磁力、速度與加速曲線。可以看出增加矯頑力后，在接觸過程中，電磁力、速度與加速度均有大幅增加
總結
Ansys 為永磁體和磁吸結構的分析提供完整的解決方案。Ansys集成了電磁場仿真、機械運動仿真、多物理場和強大的建模功能，幫助客戶優化產品性能。
隨著電子產品的便捷化、“無線”化，磁吸結構在越來越多的產品中得以應用。該仿真教程廣泛適用于各種消費電子產品：筆記本電腦、平板電腦、手機、磁吸鍵盤、智能保護套等。
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