瞬態電磁仿真的案例
如何使用HPC技術實現電磁場全波模型的瞬態仿真
全波模型的仿真工作流程
與HPC計算資源結合
改進后的EM仿真方法與大規模高性能計算(HPC)充分結合，能夠實現完整PCB的全波精確度仿真。
其原理是通過電路仿真結果可以反向輸入到全波模型，以重現現實環境中的電磁場。此方法已經在現有機頂盒數字高速傳輸信道上得到驗證。
他們利用ANSYS HFSS將S參數模型轉換成類似SPICE的模型，并且鏈接到HFSS電路環境。根據相關結構、端口類型、寬帶S參數建模掃頻、網格設置以及收斂標準來定義適當的機頂盒類型與尺寸，使HFSS模型保持在可控的規模。瞬態仿真生成的眼圖和磁場與時域中的物理測量結果良好匹配。下一步是讓激勵回歸HFSS，以便重新計算EM場，這樣工程師能夠關注更重要的磁場。
采用默認設計、屏蔽和掩埋布線的平均磁場
評估合理的解決方案
工程師研究使用多種功能與物理布局方法，試圖尋求最安全合理的解決方案。他們將單元接口的轉換速率從5%提高到8%，從而進一步降低輻射電磁場；還實施了擴頻時鐘方法，在各種諧波上評估了在不同的諧波位置放置共模濾波器的效果。
展開 不同工況下變電站過電壓電磁暫態仿真研究
摘 要：考慮到當前變電站過電壓電磁暫態仿真方法對變電站工況分析能力較差，導致其在不同工況下的仿真結果失真問題，設計不同工況下變電站過電壓電磁暫態仿真方法。提取變電站過電壓特征，計算過電壓放電等效數值。使用隱式梯形積分法，構建變電站電磁瞬態仿真模型。使用順序高斯消去法，獲取變電站工況特征并對其進行模擬，將此模擬結果作為電磁暫態仿真模型的計算環境。構建仿真實驗環節，使用歷史數據對實驗對象不同工況下的過電壓走向進行分析，并將其作為對照數據。經實驗結果證實，仿真結果與對照數據走向一致，說明此方法可有效避免仿真結果失真問題。
關鍵詞：電磁暫態;過電壓特性;不同工況;電壓特征;仿真模型;
1 引言
大氣現象是對變電站運行穩定性造成影響的主要因素，如雷電擊中變電站的電氣設備或是電力傳輸設備時，會形成瞬時強電壓，此類電壓統稱為過電壓，這種電壓多作用于電力系統外部[1,2]。由于大氣現象發生時長較短，其瞬間的電流就可達到數百kA，作用在變電站設備上會產生極高的電壓值，對電力設備造成不可逆轉的影響，尤其是設備內部的絕緣結構，輕則會導致其破損，造成長期的維修，重則影響變電站的運行穩定性。因此，需要對變電站過電壓電磁情況進行全面分析，提出有效的大氣災害治理措施，維持變電站的運行穩定性，為用戶提供更加穩定的電能，保證電力企業穩定發展[3,4]。
目前，在進行此部分研究時，多使用具有經驗性的“慣用法”，簡而言之就是根據已經獲取到的變電站歷史戶數，對設備上可能出現的過電壓水平進行估算，此種方法使用便利但容易受到數據精度的影響，如歷史數據測量結果不可信，則整個研究過程及結果均不具有研究價值。由于變電站的工作環境具有多變性，可見上述方法使用后并不能一直得到預期的效果[5,6]。
展開 如何學好電磁仿真技術？ 附電磁學仿真下載
電和磁是不分家的，有電的地方就有磁，所以電磁技術在電氣設備當中得到了廣泛的應用。
1、電氣設備的絕緣分析是電氣柜的必要仿真之一，換言之，就是在設備當中是否發生閃電（電弧擊穿），那么仿真軟件就可以根據離散化的空間單元來計算電場強度，進而判斷其場強是否大于空氣的擊穿場強，后期進行必要的產品設計更改。這是電磁軟件的電場應用。
2、考慮磁場應用就更多了，高頻的電磁波這里不做考慮，那么低頻的應用包括考慮熱效應的有電磁爐、電磁感應淬火、電氣設備功率損耗、電纜功率損耗等
3、考慮電磁受力的有電磁炮、電磁鐵、斷路器的電磁脫扣器，電氣柜的電動力
4、考慮電磁場效果的的有變壓器、金屬檢測儀器、無線充電技術、磁懸浮等技術
電磁仿真技術學習經驗分享
以上講了電磁的常規應用，下面我說一下個人的對于電磁仿真技術的學習經驗。供大家參考，有興趣的可以深入研究
1、話說干一行愛一行，首先你得喜歡仿真分析這門玄學。更要對其充滿好奇心，要多想想你能從中得到什么，沒有興趣，那么就果斷放棄吧，此處不開花，總有你綻放的地方
2、有了興趣那么你就要開始深入研究。如果你對《周易的》乾坤八卦不了解（乾代表天，坤代表地，巽（xùn）代表風，震代表雷，坎代表水，離代表火，艮（gèn）代表山，兌代表澤），那么你對五行-金、木、水、火、土，至少要有個概念，換言之，你對Maxwell方程組不了解，那么對其衍生的電磁學知識有個初步的感性認識，其理論知識至少要達到一定高度（初中物理中的電磁知識即可）。
原理其實很簡單，結合個人經驗，你需要知道三點知識即可
（1）明白無論直流還是交流，只要有電流就會產生磁場，了解其磁場方向（右手定則），方向看看指南針即可
（2）明白電流在磁場中受力方向（左手定則）。
展開 電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
圖6 電磁熱耦合載荷傳遞量類型圖
04
仿真結果
電磁場計算結果
INTESIM計算得到線圈的電流密度如圖7所示。
圖7 線圈的電流密度
INTESIM計算得到鍋體底部的渦流密度如圖8所示。
圖8 鍋底的渦流密度
電磁爐的鍋體底部熱損耗如圖9所示。
圖9 鍋體底部熱損耗
熱場計算結果
查看整體的溫度分布如圖10所示。
圖10 整體的溫度分布
查看鍋體底部的溫度分布如圖11所示。
圖11 鍋體底部的溫度分布
查看陶瓷的溫度分布如圖12所示。
圖12 托盤的溫度分布
05
總結
本案例使用INTESIM軟件，基于渦流場分析、熱場分析和非匹配網格映射插值等功能，實現了電磁-熱耦合分析求解。仿真計算得到的熱損耗和溫度結果與對標軟件結果基本吻合。本案例驗證了INTESIM多物理場仿真模塊中的電磁-熱耦合仿真功能，對渦流場分析和熱場分析及耦合仿真進行應用驗證，能夠為廣大用戶在電器領域中的電磁場、熱場耦合仿真應用提供可行方案。
文章來源: 英特仿真INTESIM
展開 
AMESim電磁閥仿真詳解：一種深低溫電磁閥試驗系統設計與仿真
基金項目：國家自然科學基金——聯合基金項目（U1937602）
摘 要：
為實現某低溫運載火箭三子級冷氦增壓系統液氫溫區閥門性能考核，采用AMESim建立系統仿真模型，仿真分析被測冷氦增壓電磁閥不同工作模式，得出兩臺200W@20K斯特林制冷機、兩臺70L高壓低溫換熱貯罐、按照箭上落壓、等間隔開啟/關閉工作模式的設計方案，以最小貯箱容積和最短換熱時間實現冷氦電磁閥液氫溫區性能試驗。
Infolytica軟件在電磁閥電磁仿真中的解決方案
電磁閥利用通電線圈激磁產生電磁力驅動閥芯運動以開啟和關閉閥門結構緊湊、尺寸小、重量輕、密封良好、維修簡便、可靠性高是自動控制領域的重要部件。但是電磁閥的電磁設計目前往往還停留在基于磁路的方式、憑經驗公式或模仿國外同類產品產品性能靠估算和事后測試。 比例電磁鐵作為電液比例閥的關鍵部件是電液比例閥應用最多的電—機械轉換器其功能是將輸入的電流信號轉換成力或位移信號輸出其軸向推力與線圈電流成正比且在有效行程范圍內保持恒定。由于影響比例電磁鐵性能特性的結構參數較多傳統設計一般采用磁路法對各個結構參數作用評估往往不夠具體和準確需要采用電磁有限元方法進行準確計算。
Infolytica軟件在電磁閥電磁仿真中的解決方案.pdf
展開 電磁閥設計與仿真（電磁部分）專題培訓
鐵芯尺寸設計理論
繞線參數設計理論
電磁力及繞組溫升計算
第二天
上午
Maxwell 建模及前處理注意事項
邊界條件理論基礎及網格剖分的設置技巧
參數化建模與優化
運動域的設置注意事項
第二天
下午
電磁閥 2D/3D 靜磁分析案例演示與練習
電磁閥 2D/3D 瞬態分析案例演示與練習
答疑
3
報名方式
Registration
探秘電磁奧義 | CST電磁場仿真在智能汽車設計中的應用
為什么智能汽車行業比以往更需要需要電磁仿真？
智能汽車中的高級駕駛輔助系統利用攝像頭、激光雷達等各種技術來確保安全舒適的駕駛體驗，各類傳感器更是未來實現自動駕駛的基石。在這些技術中，雷達在探測和跟蹤物體方面發揮著至關重要的作用。
當集成到車輛中時，雷達的性能會受到車身及其附近其他部件的影響，包括保險杠、底盤和電纜等。保險杠的材料、形狀和厚度以及周圍的散射部件傳感器對雷達的性能影響很大。
在這種需求下，CST電磁和多物理場仿真是不可或缺的。在虛擬環境中驗證汽車雷達設計。研究各類傳感器集成到車輛中時的性能影響，在實際原型準備好之前模擬現實條件進行仿真分析，有助于在產品開發階段盡早納入設計變更并節省成本。
在下圖我們可以簡單對比仿真是如何為企業節約時間和成本的：
CST能做到什么？
對于智能汽車的天線和傳感器組件優化，達索CST（電磁和多物理場仿真軟件）工作室套裝，能夠對天線元件的輻射特性進行仿真，減少實驗室中的測試，可以輕松實現以下兩個方面的仿真：
1、在多層射頻板上設計饋電結構和輻射元件的布局。
2、建立匹配的天線罩，同時瀏覽復雜的綜合傳感器模型，其中包括射頻板、天線罩、封裝、數據連接器、外殼和其他組件。
CST 中的時域 – FIT 技術是一種功能強大且多功能的求解器，可以在單次運行中進行高精度模擬，因此可以非常有效地解決傳感器開發中的上述挑戰。
CST仿真驗證汽車保險杠對雷達的影響
因為雷達和其他傳感器常被安裝在汽車的保險杠中，傳感器和保險杠之間存在的干擾也是重點仿真對象。保險杠具有復雜的多層結構，以塑料、金屬構成的基礎層上噴涂有底漆。
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
電磁閥零件名稱及材料
多物理場耦合計算分析流程
ANSYS把各物理域軟件集成到同一個平臺Workbench下，各模塊之間無縫實現數據共享和傳輸，相互之間還能迭代，使仿真模型最大限度接近物理實際模型。該電磁閥模型采用ANSYS Maxwell電磁場分析計算線圈繞組的生熱，計算得到的結果導入ANSYS Mechanical的熱分析模塊計算電磁閥的溫度分布，再將計算的結果導入ANSYS Mechanical結構分析模塊進行熱應力分析。同樣采用ANSYS Fluent計算電磁閥噴油燃料的流場分布，包括壓力，速度分布等。并可將壓力分布和噴油燃料和電磁閥結構的之間的換熱系數導入ANSYS Mechanical作為邊界條件進行電磁閥的結構力學分析。另外，ANSYS Fluent計算的壓力結果作為載荷邊界條件加入了在Maxwell的計算。
整個分析過程在ANSYS Workbench平臺下的流程如下：
Workbench多物理場耦合仿真流程
根據提供的電磁閥模型stp格式的CAD文件，直接輸入到workbench平臺下的MAXWELL 3D中，對其各部分部件分配材料，如下圖：
因為該電磁閥是直流電源供電，所以沒有渦流損耗和磁滯損耗，主要是線圈通電的銅損，仿真結果如下圖，從圖中可以看出，電磁閥的損耗主要集中在線圈上，與理論推導一致。
所以重點考察線圈繞組上的損耗，輸入ANSYS Mechanical, 考察系統溫升。如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設定相應的邊界條件。
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
電磁閥額定電壓為27V DC，額定工作壓力為10MPa，線圈匝數為2500匝，線圈電阻為55Ω。
電磁閥零件名稱及材料
多物理場耦合計算分析流程
ANSYS把各物理域軟件集成到同一個平臺Workbench下，各模塊之間無縫實現數據共享和傳輸，相互之間還能迭代，使仿真模型最大限度接近物理實際模型。該電磁閥模型采用ANSYS Maxwell電磁場分析計算線圈繞組的生熱，計算得到的結果導入ANSYS Mechanical的熱分析模塊計算電磁閥的溫度分布，再將計算的結果導入ANSYS Mechanical結構分析模塊進行熱應力分析。同樣采用ANSYS Fluent計算電磁閥噴油燃料的流場分布，包括壓力，速度分布等。并可將壓力分布和噴油燃料和電磁閥結構的之間的換熱系數導入ANSYS Mechanical作為邊界條件進行電磁閥的結構力學分析。另外，ANSYS Fluent計算的壓力結果作為載荷邊界條件加入了在Maxwell的計算。
整個分析過程在ANSYS Workbench平臺下的流程如下：
Workbench多物理場耦合仿真流程
根據提供的電磁閥模型stp格式的CAD文件，直接輸入到workbench平臺下的MAXWELL 3D中，對其各部分部件分配材料，如下圖：
因為該電磁閥是直流電源供電，所以沒有渦流損耗和磁滯損耗，主要是線圈通電的銅損，仿真結果如下圖，從圖中可以看出，電磁閥的損耗主要集中在線圈上，與理論推導一致。
所以重點考察線圈繞組上的損耗，輸入ANSYS Mechanical, 考察系統溫升。如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。
展開 CREO ANSYS Simulation 旋流分離器的穩態仿真和瞬態仿真的區別
對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩態較合適，穩態模式主要研究流體達到穩定的“常態”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩定之前的過程，即與時間無關。如上圖，旋流分離器內的流體是穩定的流動狀態，無論何時，狀態一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質量（密度&體積），與“流線”中無質量的“粒子”有本質的區別）。穩態的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠達不到常態的穩定。所以仿真模式必須使用瞬態。瞬態仿真是建立在時間節點上的仿真，其仿真結果第一要素是時間。
瞬態仿真結果，假設，自0開始，第0.1秒結果、第0.2秒結果，第0.3秒結果... ..第1秒......第3秒，共計30個結果連續在一起，形成時間連續的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態仿真結果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質量高的動畫，應該如何調整瞬態仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩態下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩定狀態。
展開 
無限逼近實驗室結果的仿真成果（瞬態仿真動畫逼近實驗拍攝）
友情提示，仿真時長和保存頻率適度即可，不可盲目求多，比如前例 ，保存結果為1152個，那么您的硬盤可能要冒煙了。
下圖案例：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c16452
上圖：剖面壓力云圖疊加粒子跌落仿真動圖
下圖：俯視粒子跌落仿真動圖
仿真案例｜三維電磁仿真的整合封裝和PCB電路板仿真
翻譯：上海安世亞太
前言
多年來，設計人員一直在仿真中考慮封裝寄生效應package parasitics 的影響，從使用簡單的一階模型（如理想電感+電阻）到更復雜的spice梯形網絡，最后到使用三維電磁仿真器充分提取封裝的s參數。對于封裝加PCB通道，目前最常用的方法是將封裝和電路板作為s參數或寬帶SPICE模型獨立地提取出來，并在電路仿真器中結合這兩種模型。但由于工作頻率高、信號速度快、集成器件復雜等因素，這種方法的局限性越來越大。
封裝與PCB（或封裝與電路）之間的耦合對性能有著不可忽視的影響。實現復雜封裝和PCB，或封裝和電路的仿真有幾個挑戰:電磁求解器的容量和精度，自動化，易用性，可接受的仿真時間。
PCB和封裝設計人員深知在更高層次的系統仿真中，提取其精確的設計模型是多么重要。采用三維全波電磁仿真和自動自適應網格劃分方案，可提供提取全波s參數模型所需的精度水平。然而，設計人員在嘗試使用三維電磁仿真來解決復雜的設計時面臨著一些挑戰，如圖1所示。電路板和封裝器件通常采用電子設計自動化（EDA）工具進行設計，需要引入到三維電磁仿真工具中。這些設計包括多個介質層、電源和接地層、信號層、大量過孔（與焊盤定義相關）和鍵合線。
第一個挑戰是從EDA工具中導入數據庫，但不包括應用于設計的手動修改，但要保留跟蹤、焊盤、焊線、網絡和引腳的數據庫信息。導入幾何體后，其他仿真模擬設置（例如，端口定義）需要易于使用，避免耗時的工程工作，并為非專業用戶提供可訪問性。最后，三維電磁仿真工具需要強大的網格、求解器和高性能計算功能，以將仿真時間縮短到可接受的水平，同時提供準確度。本文詳細介紹了一種用ANSYS?HFSS?3D Layout進行整合了封裝和PCB電路板的三維電磁仿真的新流程。
圖1.
展開 CST電磁場仿真軟件介紹 衡祖仿真
CST (Computer Simulation Technology) 是一種廣泛應用于電磁場仿真中的軟件工具。它能夠模擬各種電磁現象，包括微波傳輸、射頻和毫米波技術、光學系統和電子裝置等。
CST電磁場仿真軟件的優點之一在于其用戶友好的界面，它通過圖形化界面支持簡單易用的操作模式，使得用戶可以快速進行仿真分析。此外，CST 還有許多強大的功能，比如自適應網格技術，能夠按需創建更精細的網格，從而提高仿真精度。
CST電磁場仿真軟件在電子、通信和其他行業領域都有著廣泛的應用。在無線通訊領域，CST 能夠模擬天線和微波器件，預測其性能和行為。在電子制造領域，CST 可以模擬印刷電路板（PCB）和芯片技術，優化其設計和生產流程。此外，CST 在醫療和生物技術方面也有著重要的應用，例如模擬人體組織對高頻電磁輻射的反應。
對于任何使用 CST 進行仿真的用戶而言，精確的模型建立是非常重要的。一個好的模型能夠準確地反映真實物理現象，并最終產生高質量的仿真結果。同時，建模過程中的誤差和不精確性也可能會導致錯誤的結果，因此，正確、徹底地檢查每個模型以及其相關參數都非常重要。
總之，CST 是一個強大的電磁場仿真軟件工具，擁有廣泛的應用場景和豐富的功能，而且易于學習和使用。對于需要進行電磁場仿真分析的行業領域來說，CST仿真軟件是一個不可或缺的工具。
展開 ANSYS Workbench連桿瞬態動力學仿真 ￥19.89
這一版本通過其仿真效果的卓越和效率的顯著，贏得了工程界的廣泛贊譽。然而，盡管取得了如此成就，該版本在仿真模擬操作方面存在明顯的不足，即用戶必須通過編寫復雜的程序才能進行仿真，這限制了其在工程領域的普及應用。</p><p>隨著ANSYS公司成功推出ANSYS Workbench這一新型號，局面發生了轉變。ANSYS Workbench以其創新的用戶界面和工作流程，簡化了仿真過程，極大地提升了用戶體驗，因此迅速被廣泛應用，其普及程度甚至超越了傳統的ANSYS經典版本。目前，ANSYS Workbench已經發展到24.0版本，繼續引領著行業的進步。</p><p>ANSYS Workbench作為一個先進的仿真平臺，具備分析和模擬復雜機械系統的能力。它涵蓋了結構靜力學、結構動力學、剛體動力學、流體動力學、結構熱力學、電磁場分析以及多物理場耦合分析等多個領域。這些功能使得工程師能夠對機械系統進行全面的性能評估，從而優化設計，提高產品的可靠性和性能。</p><p>在結構靜力學方面，ANSYS Workbench能夠模擬材料在靜態載荷下的響應，包括應力、應變和位移等參數。在結構動力學分析中，該平臺可以模擬結構在動態載荷下的行為，如振動和疲勞。剛體動力學分析允許工程師研究物體在受到力和扭矩作用時的運動情況。</p><p>流體動力學模塊使工程師能夠模擬液體或氣體在各種條件下的流動行為，這對于設計高效的流體傳輸系統至關重要。結構熱力學分析則關注材料在熱載荷下的行為，包括熱膨脹和熱應力。</p><p>電磁場分析功能為電氣和電子系統的設計和優化提供了強大的工具，而耦合場分析能力則允許工程師研究多個物理場之間的相互作用，這對于解決實際工程問題尤為關鍵。
展開 