ansys 線圈應(yīng)力分析的案例
基于ANSYS Maxwell的平面螺旋型線圈電感仿真分析
摘要：平面螺旋型線圈是無線充電系統(tǒng)中的重要部件。利用ANSYS Maxwell軟件對平面螺旋型線圈的電感值進(jìn)行了仿真分析，在圓柱坐標(biāo)系中建立了不含隔磁片和含隔磁片的線圈2D和3D模型，仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相符合，說明建模方法是正確的。最后研究了線圈匝數(shù)對線圈電感值和耦合系數(shù)的影響，一方面，對無線充電系統(tǒng)線圈的研究設(shè)計(jì)提供了有益參考；另一方面，也可作為電磁場與電磁波課程的仿真實(shí)驗(yàn)，成為教學(xué)的補(bǔ)充。
關(guān)鍵詞：平面螺旋型線圈；電感值；ANSYS Maxwell；隔磁片；耦合系數(shù)
電感是基本電路元件之一，在工程中廣泛應(yīng)用導(dǎo)線繞制的線圈。例如，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用電抗 器抑制諧波和限制短路電流，電抗器是用導(dǎo)線繞制 成螺線管的形式，稱空心電抗器。在無線充電系統(tǒng)中，線圈是能量傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，為了提高傳輸效率，研究者嘗試使用不同形狀的線圈，如圓形、四邊形和多邊形等。由于線圈的材料、幾何形狀、匝數(shù)、尺寸及兩線圈的位置都可能影響耦合系數(shù)的大小，進(jìn)而影響電能傳輸效率，因此需要對諧振線圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為實(shí)物設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。平面螺旋型線圈較薄且不占體積，在手機(jī)、電動汽車等無線充電器中得到了廣泛應(yīng)用，研究表明平面螺旋型線圈可實(shí)現(xiàn)高效電能傳輸。此外，無線充電線圈中大量使用軟磁鐵氧體制成的隔磁片，其材質(zhì)和形狀對提高無線充電的效率和電磁兼容方面均具有重要作用。
ANSYS Maxwell是一種電磁場有限元分析軟件，它功能強(qiáng)大，具有電場、靜磁場、渦流場、瞬態(tài)場分析模塊，是工程設(shè)計(jì)人員和研究工作者的重要工具。電磁場課程公式多且概念抽象，學(xué)生普遍反映難學(xué)、難懂、難用。電磁場是一種特殊形式的物質(zhì)，無法直 接觀察。
展開 吊艙掛載應(yīng)力分析SW和ansys分析對比
吊艙掛載應(yīng)力分析
吊艙掛載方式細(xì)節(jié)圖。
吊艙由吊艙架1和吊艙架2支撐掛載。吊艙架1和吊艙架2分別由8顆和4顆M3螺釘固定，螺釘由中心盤內(nèi)向外鎖緊。下圖為吊艙架的整體圖示。
SW simulation靜應(yīng)力分析
吊艙掛載后的吊艙架應(yīng)力分析模型。材質(zhì)選擇鋁合金6063-T6，密度為2700kg/m^3。
彈性模量：6.9e+10N/m^2。泊松比0.33 屈服強(qiáng)度2.15e+8N/m^2
①如下圖12個孔位為吊艙架的固定孔位，吊艙架1和吊艙架2設(shè)定接合面。
②吊艙重量為0.69Kg,轉(zhuǎn)換為重力為0.69kg*G(取9.8N/kg)=6.76N。如圖中4個孔位處懸掛吊艙。(選擇總數(shù)，而非按條目）
③網(wǎng)格化后，運(yùn)行應(yīng)力分析得下圖結(jié)果。紅色處為最大形變量結(jié)果，形變量為1.740e-02mm。
綜上所述支架強(qiáng)度足夠。
ANSYS靜應(yīng)力分析結(jié)果，材質(zhì)選擇了鋁合金密度2770kg/m^3。Poisson's ratio：0.33 bulk modulus:6.9608e+10Pa
計(jì)算總變形量1.9195e-2mm。
變形量云圖一致，均是頂部型變量最大。
材料：
向下的力：
限制位移固定工件。
展開 ansys18.2焊接過程分析瞬態(tài)熱分析熱應(yīng)力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動熱源通過插件實(shí)現(xiàn)
ANSYS workbench泵殼熱應(yīng)力分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)泵殼的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)線性熱結(jié)構(gòu)耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
ANSYS壓力容器應(yīng)力分析報告
ANSYS壓力容器應(yīng)力分析報告
一. 設(shè)計(jì)分析依據(jù)
（1）《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》
（2）JB4732-1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（2005 確認(rèn)版）
1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
表1 設(shè)備基本設(shè)計(jì)參數(shù)
1.2 計(jì)算及評定條件
(1) 靜強(qiáng)度計(jì)算條件
表2 設(shè)備載荷參數(shù)
注：在計(jì)算包括二次應(yīng)力強(qiáng)度的組合應(yīng)力強(qiáng)度時，應(yīng)選用工作載荷進(jìn)行計(jì)算，本報告中分別選用設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行進(jìn)行計(jì)算，故采用設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行強(qiáng)度分析結(jié)果是偏安全的。
(2) 材料性能參數(shù)
材料性能參數(shù)見表3，其中彈性模量取自JB4732-95 表G-5，泊松比根據(jù)JB4732-95 的公式（5-1）計(jì)算得到，設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度分別根據(jù)JB4732-95 的表6-2 和表6-6 確定。
表3 材料性能參數(shù)性能
(3) 疲勞計(jì)算條件
此設(shè)備接管a、c 上存在彎矩，接管載荷數(shù)據(jù)如表4 所示。
表4 接管載荷數(shù)據(jù)表
二. 結(jié)構(gòu)壁厚計(jì)算
按照靜載荷條件，根據(jù)JB4732-95 第七章（公式與圖號均為標(biāo)準(zhǔn)中的編號）確定設(shè)備各
元件壁厚，因介質(zhì)密度較小，不考慮介質(zhì)靜壓，同時忽略設(shè)備自重。
1.筒體厚度
因Pc=2.97MPa<0.4KSm=0.4×1×134.8=53.92MPa，故選用JB4732-95 公式（7-1）計(jì)算筒體厚度：
3.開孔接管
接管開孔采用16MnⅡ厚壁管，結(jié)構(gòu)見總圖及零件圖，各開孔厚壁管有效尺寸如表5 所示：
表5 接管有效尺寸
三. 結(jié)構(gòu)有限元分析
按照J(rèn)B4732-1995 進(jìn)行分析，整個計(jì)算采用ANSYS軟件，建立有限元模型，對設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度應(yīng)力分析。
3.1 有限元模型
(1)上封頭部分
根據(jù)上封頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性，建立了1/2 上封頭的力學(xué)模型。
展開 ANSYS分析VS理論解 | 簡單托架應(yīng)力和變形分析（桿單元實(shí)例）
(4) 查看各單元應(yīng)力：
①定義軸向應(yīng)力單元表：Main
Menu >General Postproc >Element Table>Define
Table，→Lab：輸入Stress_I →Item：選擇By sequence num →Comb：選擇LS，在LS后面輸入“1”→OK
→Apply →Lab：輸入Stress_J →Item：選擇By sequence num →Comb：選擇LS，在LS后面輸入“2”→OK
→Close。
③軸力列表顯示：Main Menu >General Postproc >Element Table>List Element Table→選擇FN→OK→記錄各個單元的軸力→File →Close。
④畫軸力圖：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res(見圖1.5)→LabI選擇Stress_I，LabJ選擇Stress_J→OK。
5．退出ANSYS軟件
Utility Menu >File >Exit →Quit-No Save →OK
來源：ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用公眾號，版權(quán)歸作者所有。
展開 ANSYS課程_固體力學(xué)中的應(yīng)力分析1
對于土木，機(jī)械，航空航天和許多其他學(xué)科的工程師而言，應(yīng)力分析是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。盡管它被稱為應(yīng)力分析，但它會在結(jié)構(gòu)上同時尋找應(yīng)力和應(yīng)變，以便確定外部載荷下結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。應(yīng)力分析可以通過不同的方式執(zhí)行，例如，實(shí)驗(yàn)測試，分析解決方案或計(jì)算模擬，實(shí)驗(yàn)測試或方法的組合或方法的組合。在本課程中，我們將從應(yīng)力分析的目標(biāo)和應(yīng)用開始，并且將解決工程師在應(yīng)力分析的計(jì)算仿真中的作用的重要性。
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展開 ANSYS workbench錐形透鏡瞬態(tài)熱應(yīng)力分析 ￥10
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ANSYS在壓力容器行業(yè)的應(yīng)用-應(yīng)力強(qiáng)度分析
圖1-煤氣水分離器結(jié)構(gòu)實(shí)體模型
單元選擇及網(wǎng)格劃分
分析采用ANSYS有限元分析軟件提供的SOLID185進(jìn)行網(wǎng)格劃分。因SOLID185為八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，壁厚方向至少劃分4份以保證足夠的計(jì)算精度。
不斷加密網(wǎng)格直至計(jì)算結(jié)果基本無變化，最終用于計(jì)算的有限元網(wǎng)格見圖2，模型單元數(shù)為602068，節(jié)點(diǎn)數(shù)為755179。
圖2-模型網(wǎng)格圖
邊界條件及載荷施加
邊界條件
各工況均在支座下表面約束環(huán)向位移和軸向位移，模型施加邊界條件見圖3。
ANSYS課程_固體力學(xué)中的應(yīng)力分析2
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基于ANSYS WORKBENCH的桿件系統(tǒng)的熱應(yīng)力分析
【理論分析】
該問題來自于《材料力學(xué)》“軸向拉伸壓縮”一章中的“溫度應(yīng)力”一節(jié)（P45）。（劉鴻文，《材料力學(xué)》，高等教育出版社，第四版）
設(shè)兩根桿件的內(nèi)力為基本未知數(shù)，根據(jù)熱膨脹，計(jì)算兩根桿件的伸長量與內(nèi)力的關(guān)系，然后基于變形協(xié)調(diào)關(guān)系，得到內(nèi)力的大小。
最后計(jì)算的結(jié)果是：
上述答案直接拷貝自原教材。
【仿真分析】
1. 這是一個熱應(yīng)力問題。但是并不需要使用耦合系統(tǒng)。直接使用靜力學(xué)系統(tǒng)可以求解。
2. 對于材料設(shè)置，需要創(chuàng)建兩種材料：鋼和銅，并分別給定其彈性模量，泊松比和線脹系數(shù)。對于AB桿，則設(shè)置剛性很大（例如彈性模量是鋼材的千萬倍）的材料。
3.幾何建模。分別創(chuàng)建三個線體，分別代表AB,AD和BE。對于AD和BE賦予矩形截面屬性，保證其橫截面積即可。AB就使用AD的橫截面屬性。
4.屬性設(shè)置。分別設(shè)置三桿的材料屬性。
5.劃分網(wǎng)格。給定5毫米的單元長度劃分。
6.連接。所有連接處均使用轉(zhuǎn)動副連接。
7.分析設(shè)置。給定參考溫度和實(shí)際溫度。
8.后處理。在后處理中提取梁單元的內(nèi)力。
【仿真過程】
1.打開ANSYS WORKBENCH14.5
2.創(chuàng)建項(xiàng)目流程圖。
這里創(chuàng)建一個靜力學(xué)分析系統(tǒng)。
3.創(chuàng)建兩種材料，并設(shè)置其屬性。
雙擊engineering data單元格，然后創(chuàng)建兩種新材料，按照題目的數(shù)據(jù)設(shè)置其彈性模量和線脹系數(shù)。
修改默認(rèn)鋼材屬性，得到本題中鋼材的屬性。
加入銅合金，并修改其屬性，得到本題中銅的屬性
創(chuàng)建一個新材料，其彈性模量是2E18,即彈性模量是鋼材的千萬倍，用于模擬剛體。
4. 創(chuàng)建幾何模型。
雙擊geometry，進(jìn)入到DM中，設(shè)置長度單位是毫米。
以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向，建立坐標(biāo)系。則各點(diǎn)的坐標(biāo)如下。
展開 
ANSYS Workbench橢圓人孔應(yīng)力分析 ￥29
分析中采用的材料參數(shù)見表1.
表1 計(jì)算參數(shù)匯總表
2 分析過程
取人孔的1/4及鍋殼建立三維分析模型。由于鍋殼直徑與人孔幾何尺寸相比很大，因此沿鍋殼環(huán)向僅取90°進(jìn)行分析。鍋殼軸向取用長度為1m。由于人孔螺栓僅在預(yù)緊時起作用，隨著內(nèi)壓力的增加，螺栓的拉力下降，影響也隨之減弱，而且螺栓的橫截面積與人孔頸橫截面積相比應(yīng)為小量，因此模型中予以忽略。
模型位移邊界條件容易得到。對稱面施加無摩擦約束，遠(yuǎn)離人孔的鍋殼橫向剖面上作用有均布拉力，為-50.803MPa；同時模型承受內(nèi)壓載荷1.6MPa。
采用較粗糙的網(wǎng)格模量，總共11092個節(jié)點(diǎn)，1830個單元，最大偏度為0.59，平均偏度為0.08。
圖2 模型網(wǎng)格
圖3 邊界條件
人孔墊片在人孔組件中不僅起到密封作用，還有一個重要作用就是將人孔蓋正面的介質(zhì)壓力傳遞到人孔加強(qiáng)圈上。墊片材料通常采用石棉板或橡膠石棉板，但其力學(xué)性能數(shù)據(jù)很難得到，因此分析模型中將墊片做簡化處理，取很小的彈性模量，本例子取0.1MPa。
圖4給出了墊片傳遞面力的大小。如果墊片壓力為均均分布，容易計(jì)算出均布壓力理論值為8.492MPa。從圖4看，壓力分布還是比較均布的，大部分壓力值都在8.5MPa附近，負(fù)值代表墊片受力方向。
3 結(jié)果討論
圖5給出了人孔應(yīng)力強(qiáng)度分布，可見，應(yīng)力最大值位置出現(xiàn)在人孔加強(qiáng)圈與鍋殼相貫位置短軸端部內(nèi)側(cè)。最大應(yīng)力值為240.36MPa。
圖5 應(yīng)力強(qiáng)度云圖
在應(yīng)力較大位置取4條評定線（見圖6），按照線法進(jìn)行應(yīng)力分解，分解及評定結(jié)果如下。
展開 基于ANSYS Workbench的噴管熱應(yīng)力分析
通過對噴管熱應(yīng)力的分析，首先進(jìn)行流固耦合分析，得到噴管整體結(jié)構(gòu)的溫度場分析，看到噴管的溫度場在轉(zhuǎn)動板稍微向上的外殼附近存在著明顯的溫度梯度，熱應(yīng)力的產(chǎn)生來源一種是結(jié)構(gòu)中存在著明顯的溫度梯度，另外就是在結(jié)構(gòu)約束的地方存在熱應(yīng)力。一般而言，溫度梯度越大，約束越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力值則越大，按照線彈性理論分析，則會出現(xiàn)有些結(jié)構(gòu)部件會失效的情況，然而這與實(shí)際情況不符合，因此需要對噴管結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析進(jìn)行彈塑性本構(gòu)材料的熱應(yīng)力分析，彈塑性材料的熱應(yīng)力分析結(jié)果表明，噴管在溫度梯度大的地方，以及在溫度梯度較大并存在約束的地方的等效熱應(yīng)力值超過了材料的屈服極限，但是小于材料的抗拉強(qiáng)度，說明噴管結(jié)構(gòu)局部進(jìn)入塑性變形區(qū)，結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生破壞。并且分三種模型分別考慮溫度場和考慮溫度場及氣動載荷共同作用下的仿真，仿真結(jié)果表明，導(dǎo)流板的下移之后，噴管結(jié)構(gòu)的溫度場有一定的下降，并且考慮彈塑性熱應(yīng)力仿真分析表明，隨著溫度場的下降，結(jié)構(gòu)的彈性等效應(yīng)力下降。在原始模型和下降2mm的模型仿真后噴管在氣動載荷和溫度載荷作用下結(jié)構(gòu)的最大位移出現(xiàn)在導(dǎo)流板上，而導(dǎo)流板下降4mm后的仿真表明，結(jié)構(gòu)的最大位移還是受溫度場的影響明顯，出現(xiàn)在噴管外側(cè)板的頂端，導(dǎo)流板處的位移變形也較明顯，最大為8.5mm。由于噴管局部進(jìn)行塑性區(qū)域，就需要考慮多次工作情況下，結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分析。或者對噴管承受熱應(yīng)力較大的區(qū)域，設(shè)置熱防護(hù)層或者其他措施，以降低該區(qū)域的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)提高噴管運(yùn)行時可靠性設(shè)計(jì)的要求。
展開 ansys workbench材料退火殘余應(yīng)力分析 ￥50
1. 模型
2. 結(jié)果
基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應(yīng)力分析及選材優(yōu)化
基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應(yīng)力分析及選材優(yōu)化
張 彥，許 典，趙希芳
( 南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039)
摘 要：分析了某多層堆疊模塊的焊接殘余應(yīng)力，討論了各功能層不同選材、焊接順序?qū)δK殘余應(yīng)力的影響，并給出了優(yōu)化方案。利用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算，采用ANAND本構(gòu)模型描述焊錫的黏塑性行為，采用基于接觸的多點(diǎn)約束( Multi-point Constraint，MPC) 算法實(shí)現(xiàn)焊錫層與功能層的跨尺度自由度耦合。計(jì)算結(jié)果表明，焊接順序?qū)δK殘余應(yīng)力影響較小，各功能層的選材需要綜合考慮模塊變形及應(yīng)力安全裕度。剛度較大的底板層可以同時降低模塊變形和高溫共燒陶瓷( High Temperature Co-fired Ceram-ic，HTCC) 層應(yīng)力。熱膨脹系數(shù)較小的蓋板層可以降低HTCC層應(yīng)力，但會增大模塊整體變形。底板選用Al /SiCp( 65%) ，蓋板采用可伐合金，可以得到變形及應(yīng)力安全裕度均滿足要求的方案。
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