TEAM問題07-含孔的對稱導體三維渦流場APDL分析
一 問題背景：
TEAM(Testing Electromagnetic Analysis Methods) Workshop Problems是國際電磁場計算學界為了對各種數值算法作驗證和優劣評判，提出的一系列算例模型及其理論和實驗數據，被公認為是對新方法評估的權威標準。其中，TEAM Workshop問題7是用來檢驗三維線性正線渦流場分析方法計算精度的實驗模型。
二 模型建立：
該模型由帶有方孔的鋁板和載流線圈組成；方形鋁板邊長294mm，厚度為19mm；方形跑道型線圈內側邊長150密mm, 厚度225mm，高100mm；線圈位于鋁板上方30mm；鋁板缺陷為方形，邊長108mm，距鋁板邊緣俊文18mm。
鋁板與線圈被空氣域包圍，這是一個開域問題。開域問題的處理方法有兩種：截斷法和遠場法，本例給出截斷法計算過程，空氣域為正方體，邊長1000mm。
此部分程序為：
FINISH
/PREP7
D=30 !線圈距鋁板的距離
D1=19+D
!-----------畫線圈，畫點連線，線生成面
k,1,94,0,D1 !定義點
k,2,294,0,D1
k,3,294,200,D1
k,4,94,200,D1
l,1,2 !點連線
l,2,3
l,3,4
l,4,1
lplot
/pnum,line,1
lfillt,1,2,50 !倒角
lfillt,3,2,50
lfillt,3,4,50
lfillt,1,4,50
k,21,119,25,D1
k,22,269,25,D1
k,23,269,175,D1
k,24,119,175,D1
l,21,22 !點連線
l,22,23
l,23,24
l,24,21
lplot
/pnum,line,1
lfillt,9,10,25 !倒角
lfillt,10,11,25
lfillt,11,12,25
lfillt,12,9,25
/pnum,line,0
al,all
aplot
VEXT,all, , ,0,0,100 !沿著Z軸拖拽100mm
vplot
/pnum,volu,1
!------------------此處畫含缺陷鋁板
block,0,294,0,294,0,19 !鋁板
block,18,126,18,126,0,19
vovlap,2,3
vdele,3,,,1
!-------------------體切塊
wpoffs,18,0,0
wprota,0,0,-90
vsbw,all
wpoffs,0,0,-108
vsbw,3
wpoffs,0,0,-18
vsbw,1
wpoffs,0,0,-100
vsbw,7
wpoffs,0,50,0
wprota,0,90,0
vsbw,3
vsbw,9
wpoffs,0,0,-100
vsbw,10
vsbw,11
R=300
csys,0
block,-2*R,3*R,-2*R,3*R,-2*R,2*R !空氣
alls
vovlap,all !分離操作
numcmp,all !壓縮編號
/TRLCY,VOLU,0.8,13 !空氣設置成透明的
vplot
!------------模型單位改成m
VLSCAL,all, , ,0.001,0.001,0.001, ,0,1
三 單元類型及材料：
本例中磁矢量位方法計算，選用ANSYS 14.5 中SOLID97 20節點六面體單元。自由度選擇：鋁板AX,AY,AZ,VOLT，空氣AX,AY,AZ，線圈AX,AY,AZ。
鋁板的電導率為3.526×10-7(Ω·m)-1，相對磁導率為1。空氣相對磁導率為1。
此部分程序為：
ET,1,SOLID97 !線圈
ET,2,SOLID97,1 !金屬板
ET,3,SOLID97 !空氣
MP,MURX,1,1 !線圈
MP,MURX,2,1 !金屬板
MP,RSVX,2,2.836E-8
MP,MURX,3,1 !空氣
LOCAL,11,1,0.194,0.1,0, , , ,1,1 !線圈的局部坐標
VSEL,S,,,3
VSEL,A,,,7
VSEL,A,,,9
VSEL,A,,,12
VATT,1,,1,11 !線圈拐角1號材料，1號單元類型，11號坐標系
VSEL,S,,,11
VSEL,A,,,1
VSEL,A,,,10
VSEL,A,,,8
VATT,1,,1,0
VSEL,S,,,2,4,2
VSEL,A,,,5,6
VATT,2,,2,0
VSEL,S,,,13
VATT,3,,3,0
ALLS
四 網格
線圈：單元邊長5mm，六面體，掃掠
鋁板：單元邊長5mm，六面體，掃掠
空氣：單元邊長10mm，四面體，自由劃分
共生成單元202,070 ，節點1,086,607。
此部分程序為：
vsel,s,mat,,1
esize,0.005 !單元邊長
vsweep,all !掃掠劃分
vsel,s,mat,,2
esize,0.005
vsweep,all
vsel,s,mat,,3
mshape,1,3d !空氣用四面體網格
mshkey,0 !自由劃分
esize,0.1 !單元邊長
vmesh,all
alls
五 加載及求解
線圈中施加正弦電流，2742安匝。
本例中線圈為跑道型，因此建立模型的時候將線圈分為8部分：4部分直線段，4部分圓弧段。在加載電流密度的時候分別施加，校核好方向。其中圓弧段模型附于了局部柱坐標系，因此電流方向為Y（角度）方向。
定義空氣域外部六個面上磁矢量位A均為零，即AX=AY=AZ=0。
定義諧波分析，頻率50Hz。
本例中使用計算機內存16G，處理器為Intel i7 3770，計算時間為30min。
此部分程序為：
/solu
NI=2742 !電流安匝數
JS=NI/(0.1*0.025) !電流密度計算
!************以下給每一塊線圈施加電流密度
vsel,s,,,5
vsel,a,,,8
vsel,a,,,7
vsel,a,,,2
ESLV,S !選擇線圈拐角處的單元
BFE,ALL,JS,1,0,JS,0 !加電流密度，y方向，js
!*********
vsel,s,,,3
ESLV,S
BFE,ALL,JS,1,JS,0,0 !加電流密度，y方向，js
!*********
vsel,s,,,4
ESLV,S
BFE,ALL,JS,1,-JS,0,0 !加電流密度，y方向，-js
!*********
vsel,s,,,1
ESLV,S
BFE,ALL,JS,1,0,JS,0 !加電流密度，z方向，js
!*********
vsel,s,,,6
ESLV,S
BFE,ALL,JS,1,0,-JS,0 !加電流密度，z方向，-js
alls
!**截斷法計算，外邊界磁場衰減為零
asel,s,ext !選擇外表面
da,all,ax,0
da,all,ay,0
da,all,az,0
!*********
alls
antype,harm !諧波分析
harfrq,50 !頻率50
solve
六 結果
取兩條路徑：
A1-B1：y=72mm,z=34mm; A2-B2：y=144mm,z=34mm.
此部分程序為：
!**************A1_B1路徑結果
/POST1
CSYS,0 !結果坐標系為全局笛卡爾
SET,1,LAST,1,0, , , !讀入實部結果,wt=0
PATH,A1_B1,2,30,16, !用兩個點定義路徑
PPATH,1,0,0,0.072,0.034,0, !第一個點坐標
PPATH,2,0,0.288,0.072,0.034,0, !第二個點坐標
PDEF,,B,Z,AVG !b的z方向分量映射到路徑上
/PBC,PATH,,0
PLPATH,BZ !圖片顯示BY值,wt=0
PRPATH,BZ !列舉BY值，wt=0
SET,1,LAST,1,1, , ,
PDEF,,B,Z,AVG
PLPATH,BZ !圖片顯示BZ值
PRPATH,BZ !列舉BZ值，wt=90
!*****************A2_B2路徑結果
SET,1,LAST,1,0, , , !讀入實部結果,wt=0
PATH,A2_B2,2,30,16, !用兩個點定義路徑
PPATH,1,0,0,0.144,0.034,0, !第一個點坐標
PPATH,2,0,0.288,0.144,0.034,0, !第二個點坐標
PDEF,,B,Z,AVG !b的z方向分量映射到路徑上
/PBC,PATH,,0
PLPATH,BZ !圖片顯示BY值,wt=0
PRPATH,BZ !列舉BY值，wt=0
SET,1,LAST,1,1, , ,
PDEF,,B,Z,AVG
PLPATH,BZ !圖片顯示BZ值
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