電磁線圈在ansys建模
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-08
電磁線圈在ansys建模的視頻教程
電磁線圈的仿真計(jì)算-Maxwell
本教程主要講解電流線圈（螺管式和拍合式）、電壓線圈的仿真計(jì)算。通過(guò)Maxwell（Ansys Electronics Desktop）仿真軟件，計(jì)算得到線圈產(chǎn)生的力值。 視頻實(shí)例主要講解案例的具體操作方法。
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電磁線圈在ansys建模的實(shí)例教程
一 模型描述：
圓柱形線圈，放置于自由空間。參數(shù)見(jiàn)圖
二 前處理
單元類型solid97,線圈和空氣相對(duì)磁導(dǎo)率均為1 。線圈掃掠網(wǎng)格劃分，空氣四面體網(wǎng)格。線圈定義局部柱坐標(biāo)施加環(huán)形電流。
1 單元類型
2 材料
3 建模
空氣
布爾操作
彈出對(duì)話框-pick all
4 定義屬性
定義局部柱坐標(biāo)
定義體屬性，需要將線圈的坐標(biāo)系定義為11號(hào)
5網(wǎng)格
而凸起部分更可能是多級(jí)感應(yīng)式線圈炮的前幾級(jí)加速線圈，后面炮管較細(xì)的部分可能為次級(jí)加速線圈或制導(dǎo)線圈一類的裝置。炮管下部存在的支撐結(jié)構(gòu)，則可能證明了炮管內(nèi)高密度金屬的存在，例如銅質(zhì)的驅(qū)動(dòng)線圈。
圖片：網(wǎng)友分析的電磁炮全系統(tǒng)模塊。
很明顯，我們此次上艦的電磁炮樣機(jī)走了與國(guó)外經(jīng)驗(yàn)完全不同的道路。這在某種程度上暗示了我們?cè)谶@一領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展，已經(jīng)可以獨(dú)立走出自己的道路而不需要參考別人的發(fā)展方式。
那么采用線圈炮相對(duì)于軌道炮有怎樣的優(yōu)勢(shì)呢？
線圈炮相對(duì)于軌道炮的優(yōu)勢(shì)可以說(shuō)是相當(dāng)明顯的。首先就體現(xiàn)在了線圈炮的高能量效率上，而能量轉(zhuǎn)換效率最能體現(xiàn)電磁炮系統(tǒng)的性能，而在影響能量轉(zhuǎn)換效率的諸多因素中，軌道炮主要損失在于炮管的歐姆損失與炮管電感的殘留磁能，而即便是理想條件下忽略電阻的軌道炮，電源提供能量的一半轉(zhuǎn)化為彈丸的動(dòng)能，導(dǎo)軌炮的效率最高也只有50%，考慮到炮管的歐姆損失和摩擦阻力等，導(dǎo)軌炮的效率必然會(huì)低于50%的理論值，一般在25%-35%左右。
圖片：電磁炮與傳統(tǒng)火炮能量轉(zhuǎn)換效率對(duì)比，1：線圈炮 2：軌道炮3：電熱炮
相比之下線圈炮的優(yōu)勢(shì)則更為明顯，可以通過(guò)磁懸浮技術(shù)避免彈丸與炮管的機(jī)械接觸，這就避免了摩擦阻力的產(chǎn)生；而在理論上線圈炮可以達(dá)到100%的潛力，而現(xiàn)實(shí)中平均也可達(dá)到50%以上的效率，這幾乎是導(dǎo)軌炮效率的兩倍。
這也就意味著在使用相同電源的時(shí)候，線圈炮可以達(dá)到更高的彈丸動(dòng)能。而多級(jí)線圈驅(qū)動(dòng)的方式則可以大大減小驅(qū)動(dòng)元件所需的電流，同時(shí)大可使用多電源分散供電，從而避開了特大功率電源和開關(guān)的存在。
圖片：電磁線圈炮理論模型。
而從未來(lái)裝備部隊(duì)的角度來(lái)看，線圈炮有著相比于軌道炮更為明顯的優(yōu)勢(shì)——高維護(hù)性。
多級(jí)線圈炮在使用中可以方便地通過(guò)拆卸部分線圈來(lái)進(jìn)行維修，而軌道炮則需要整段更換導(dǎo)軌。
展開 『點(diǎn)擊觀看直播回放』
Ansys RaptorH仿真解決方案也已正式通過(guò)三星Foundry認(rèn)證，用于研發(fā)高速SoC和2.5維/三維集成電路（2.5D/3D-IC）。本次會(huì)議主要介紹Ansys全新的芯片級(jí)電磁分析工具RaptorH，該工具將應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到芯片和其構(gòu)成的電子系統(tǒng)。增強(qiáng)后的片上電磁仿真工具RaptorH將包括Ansys HFSS標(biāo)準(zhǔn)引擎并將其集成到易用的界面中，以供芯片設(shè)計(jì)人員使用，同時(shí)工具保持了Ansys RaptorX的速度與大容量。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會(huì)后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來(lái)詢問(wèn)，在此附上本場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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展開 科學(xué)家使用亥姆霍茲線圈來(lái)產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，用于研究電磁場(chǎng)及其特性。在 MRI、光譜學(xué)、磁阻測(cè)量和設(shè)備校準(zhǔn)中都會(huì)使用這類設(shè)備。這篇文章，我們將介紹什么是亥姆霍茲線圈，為什么它如此重要，以及使用仿真方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。
使用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)
磁場(chǎng)由移動(dòng)電荷產(chǎn)生，當(dāng)電荷在空間中移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠建立磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)不均勻時(shí)，物體在各處的磁場(chǎng)均不同。但是，通過(guò)兩個(gè)相同線圈的特殊排列（稱為亥姆霍茲線圈）可以得到非常均勻的磁場(chǎng)。
亥姆霍茲線圈用于為需要特定磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)或抵消外部磁場(chǎng)，如地球磁場(chǎng)。其他應(yīng)用還包括確定磁屏蔽效果、量化電子設(shè)備對(duì)磁場(chǎng)的敏感性以及校準(zhǔn)導(dǎo)航設(shè)備。
陰極射線在亥姆霍茲線圈中彎曲成一個(gè)圓圈。圖片來(lái)源：Sfu。根據(jù) CC BY-SA 3.0授權(quán)，通過(guò) Wikimedia Commons 共享。
在設(shè)計(jì)亥姆霍茲線圈時(shí)，很自然地會(huì)提出一個(gè)問(wèn)題：磁場(chǎng)的均勻性如何，距離應(yīng)多遠(yuǎn)？我們可以借助 COMSOL Multiphysics? 軟件來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題，。
分析亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)
亥姆霍茲線圈的幾何形狀由兩個(gè)相同的圓形線圈組成，它們之間間隔一個(gè)半徑。線圈均勻纏繞，以使電流以相同的方向流動(dòng)。反過(guò)來(lái)，這又會(huì)產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，其中主要部件平行于兩個(gè)線圈的中心軸。這種均勻性可以歸因于平行于線圈軸的兩個(gè)場(chǎng)分量的總和以及垂直于這些相同軸的分量之間的差。
亥姆霍茲線圈示意圖。
為了對(duì)線圈進(jìn)行建模，我們使用 COMSOL 軟件內(nèi)置的 3D 磁場(chǎng) 接口，該接口在 AC/DC 模塊中可用。這個(gè)例子中，線圈由 10 匝導(dǎo)線組成，有 0.25 mA 的電流通過(guò)。
亥姆霍茲線圈教程模型的幾何結(jié)構(gòu)。
從下圖中，我們可以看到兩個(gè)線圈之間的磁通密度。請(qǐng)注意，紅色箭頭表示磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。
展開 AC/DC 模塊最常見(jiàn)的用途之一是模擬電磁線圈及其與周圍環(huán)境的相互作用。今天，我們將研究在對(duì)線圈進(jìn)行建模時(shí)需要牢記的一個(gè)關(guān)鍵概念：閉合電流回路。如果你的工作涉及線圈建模，通過(guò)這篇文章，你將對(duì)這個(gè)主題有一個(gè)全面的了解。
如何在 COMSOL Multiphysics 中模擬基本線圈
讓我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的導(dǎo)線示例開始。如下圖所示，一根導(dǎo)線彎曲成一個(gè)環(huán)并連接到一個(gè)恒定的電壓源——電池。由于存在電壓差，電流將通過(guò)導(dǎo)線流動(dòng)。整個(gè)導(dǎo)體的電流大小和方向可以通過(guò)歐姆定律和電荷守恒方程以及一組邊界條件來(lái)計(jì)算。
連接到直流電壓源的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的電磁線圈。
對(duì)于這根單匝線圈，我們可以考慮一端接地的邊界條件，即電勢(shì)為零，而另一端的電勢(shì)較高。電流不能在其他地方流入或流出導(dǎo)線，所以電絕緣條件適用于其余的邊界。這個(gè)問(wèn)題可以用 COMSOL Multiphysics AC/DC 模塊中應(yīng)用的有限元方法來(lái)解決。
由于計(jì)算出的電流流動(dòng)，產(chǎn)生了一個(gè)圍繞導(dǎo)線的磁場(chǎng)。這是一個(gè)向量場(chǎng)，具有大小和方向，可以通過(guò)安培定律計(jì)算。我們感興趣的是學(xué)習(xí)如何模擬這個(gè)磁場(chǎng)，以及它如何與其他物體相互作用。
由于我們的目標(biāo)是學(xué)習(xí)線圈建模，所以不會(huì)關(guān)注源本身發(fā)生了什么。我們將假設(shè)存在一個(gè)提供恒定電壓或恒定電流的設(shè)備。我們也不關(guān)心線圈和源之間的電線，而是假設(shè)它們?cè)陔姎馍蠠o(wú)關(guān)緊要。基于這兩個(gè)假設(shè)，我們認(rèn)為，一個(gè)合理的線圈計(jì)算模型可能看起來(lái)像下圖所示的模型，該圖顯示了單匝線圈以及由于電流流動(dòng)而產(chǎn)生的周圍磁場(chǎng)。
單匝線圈的計(jì)算模型。導(dǎo)線中的電流（黑色箭頭）會(huì)在周圍空氣域產(chǎn)生磁場(chǎng)（彩色箭頭）。
實(shí)際上，在解決上述模型的過(guò)程中，還有一些其他的假設(shè)。首先，我們可以看到，線圈周圍有一個(gè)圓柱體，代表空氣域。這是我們求解磁場(chǎng)的計(jì)算域。這是一個(gè)有限域，但磁場(chǎng)實(shí)際上將無(wú)限延伸到離線圈很遠(yuǎn)的地方。
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依托統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，Ansys 電磁解決方案以高保真的仿真能力幫助企業(yè)降低測(cè)試成本，并實(shí)現(xiàn)從組件到系統(tǒng)級(jí)的整體優(yōu)化，加速先進(jìn)電子產(chǎn)品創(chuàng)新。在2026 R1 新版本中多項(xiàng)功能升級(jí)：全新 PI 求解器、更強(qiáng)大的HFSS/Q3D/SIwave 工作流與網(wǎng)格能力，以及 Maxwell、Motor-CAD、Icepak 在效率、精度與系統(tǒng)級(jí)分析上的全面增強(qiáng)。
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ansys apdl 熱和電磁場(chǎng)分析案例1個(gè)月前
1.三維電磁感應(yīng)加熱（附帶完整計(jì)算命令流及注釋說(shuō)明）2.鋼球的淬火（附帶完整計(jì)算命令流及注釋說(shuō)明）3.二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析（附帶完整計(jì)算命令流及注釋說(shuō)明）。
三維電磁感應(yīng)加熱---感應(yīng)加熱的激勵(lì)源為365000HZ的交流電，線圈電流密度為2.04e8A/m^2，線圈和管子的幾何模型如下圖所示：
鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法
ansys apdl自動(dòng)化及參數(shù)化建模案例1個(gè)月前
<h3>==1.制動(dòng)盤及制動(dòng)片參數(shù)化建模==2.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪參數(shù)化建模==3.水杯參數(shù)化建模==</h3><h3>apdl建模案例，包含完整建模腳本及命令注釋，可直接復(fù)制至軟件中生成模型。</h3><h3>標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪建模，根據(jù)漸開線原理繪制齒面，建立齒輪模型，</h3><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
概要
本文介紹了如何在 OpticStudio 中對(duì)具有一定角度斜切端面的接收光纖進(jìn)行建模并仿真其耦合效率。斜切光纖面和光纖模態(tài)傾斜補(bǔ)償角可以使用坐標(biāo)間斷 (Coordinate Break) 表面和傾斜像面的組合來(lái)引入。正確設(shè)置傾斜角以表示斜切光纖端面對(duì)于獲得準(zhǔn)確的耦合效率結(jié)果至關(guān)重要。本文討論了設(shè)置系統(tǒng)的三種不同方法，用戶可以根據(jù)自己的偏好進(jìn)行選擇。
主要內(nèi)容
了解斜切光纖的幾何形狀
Ansys Zemax | 如何建模混合模式系統(tǒng)5個(gè)月前
概述
這篇文章介紹了在OpticStudio中建模混合模式系統(tǒng)的基本流程，混合模式的意思是在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)使用了序列模式表面和非序列模式物體。混合模式將把非序列透鏡組插入到序列模式中，本文將介紹插入的具體方法和輸出端口的參數(shù)定義方式。最后提及一些常見(jiàn)錯(cuò)誤和注意事項(xiàng)。
引言
OpticStudio支持兩種不同的光線追跡模式——序列模式和非序列模式。雖然二者差異很大，但我們經(jīng)常需要將它們結(jié)合起來(lái)使用
AnsysWB-功率電感器電磁仿真5個(gè)月前
功率電感器是許多低頻功率應(yīng)用的核心部分，例如，它們用于開關(guān)電源和 DC-DC 轉(zhuǎn)換
器。電感器與特定頻率下工作的大功率半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)合使用，可提高或降低輸出電壓。
相對(duì)較低的電壓和較高的功耗對(duì)電源的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，尤其是對(duì)電感器的要
求很高，設(shè)計(jì)電感器時(shí)必須考慮開關(guān)頻率、額定電流和高溫環(huán)境。
功率電感器通常有一個(gè)磁芯來(lái)增加它的電感值，從而在保持小尺寸的同時(shí)降低了對(duì)高
1.1. 概述
本案例展示了一個(gè)基于 ANSYS APDL 的聯(lián)方型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)精細(xì)建模與自動(dòng)化分析過(guò)程。模型采用全參數(shù)化建模思路，通過(guò)少量參數(shù)輸入即可自動(dòng)生成可計(jì)算模型，并完成振動(dòng)模態(tài)分析與自動(dòng)出圖。該模型適用于快速建立空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、進(jìn)行振型特性分析等多種場(chǎng)景。
圖1-1 實(shí)際圖1
超大跨懸索橋 ANSYS 建模案例6個(gè)月前
1.1. 案例概述
本案例展示了一個(gè)基于 ANSYS APDL 的超大跨懸索橋有限元建模案例，背景工程為一假想工程，主跨長(zhǎng)度超過(guò)1000米。模型采用“魚骨梁法”（Fish-bone Model）對(duì)懸索橋的結(jié)構(gòu)受力與剛度進(jìn)行合理簡(jiǎn)化與模擬，并在整體上考慮了幾何非線性效應(yīng)。通過(guò)對(duì)主纜、吊索、加勁梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)體系的建模，模型能夠較準(zhǔn)確地反映懸索橋在彈性階段的受力特征和整體變形規(guī)律。
該模型經(jīng)過(guò)驗(yàn)證
本案例展示了一個(gè)基于 ANSYS APDL 的肋環(huán)型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)精細(xì)建模與分析過(guò)程。模型采用純參數(shù)化方式定義，通過(guò)輸入少量幾何參數(shù)即可自動(dòng)生成可計(jì)算模型，并支持自動(dòng)出圖功能。案例適用于從事空間結(jié)構(gòu)建模、穩(wěn)定性分析以及二次開發(fā)研究的工程技術(shù)人員與科研人員。
模型的核心特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了幾何參數(shù)與單元類型的高度可控化，能夠根據(jù)用戶輸入的矢高、環(huán)數(shù)、徑數(shù)自動(dòng)生成肋環(huán)型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的有限元模型
1.1. 案例概述
本案例展示了一個(gè)基于 ANSYS APDL 的超大跨鋼管混凝土拱橋有限元建模與分析過(guò)程。橋梁主跨超過(guò) 400 米，模型采用雙單元法（Double-Element Method），以簡(jiǎn)化且合理的方式模擬鋼管混凝土拱橋在彈性階段的整體受力與剛度特性。模型經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證，可一次性完成恒載分析并順利收斂，結(jié)果穩(wěn)定可靠，可作為工程參考和教學(xué)示例的基礎(chǔ)模型。
該案例提供了完整的可運(yùn)行文件
