電磁力耦合仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
電磁力耦合仿真的視頻教程
深入剖析Maxwell電磁-結構耦合的精度問題-電磁仿真教程【搞仿真的晴博】
1、演示Maxwell靜磁-Workbench Static Structure 進行電磁-結構耦合的流程 2、電磁力的數據傳遞不一致的原因 3、電磁力數據傳遞提高精度的辦法
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Workbench電磁多物理場耦合課程之“Maxwell與Mechanical磁結構力、結構振動噪聲耦合工程應用”
此課程是Workbench電磁多物理場耦合課程中電磁結構力耦合部分，參加此課程學習的前提是掌握了ANSYS Maxwell電磁場的分析應用的。 本課程是基于ANSYS 2023版本軟件進行相關內容講解，涉及低頻電磁產品的ANSYS Maxwell電磁場仿真優化分析技能的提升，電磁產品的電磁熱、電磁結構力、電磁結構振動噪聲分析，此課程的培訓目標、培訓大綱等信息見下面介紹。
￥599 5小時21分鐘 421播放
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電磁力耦合仿真的實例教程
圓柱形頭螺旋尾的三維結構的電磁力耦合仿真 ￥1000
幾何模型已由SOLIDWORKS建模，材料已在COMSOL中配置。 如下圖所示，幾何模型是一個圓柱形頭螺旋尾的三維結構(材料是柔性橡膠)，以及倆塊NdFeB永磁鐵。其中，倆塊磁鐵緊嵌在圓柱形頭部。
該三維結構置于背景磁場B0中，背景磁場大小和磁感應方向均不變。倆個磁體的磁極方向如藍色箭頭所示，由南極指向北極(已在COMSOL中配置)。在背景磁場作用下，倆個磁體受到磁轉矩作用，磁極會趨向于背景磁場方向，并傳遞給彈性結構頭部一個變形(變形趨勢如綠色箭頭所示)。模擬結果如圖所示：
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 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 作動器是一種通電以后對鐵磁物質產生吸力、把電能轉化成機械能的電器，用于對負載的速度、方向、位移、力進行控制，有時候也稱為制動器、電磁閥、致動器或電磁鐵等。作動器的應用領域很廣，許多自動化電器（例如繼電器、接觸器、變換器等）和自控、遙控中操縱各種氣閥、油閥的電磁閥，都是以作動器機構為主體構成的，其他的例如汽車里的電控噴油嘴，電梯里的電磁制動器，起重吊車上的制動電磁鐵，電力傳動中的電磁離合器，機床上的點此卡盤等，都是作動器應用的具體例子。
作動器的結構形式有很多，但工作原理都是相同的，且大都包含鐵心、線圈、銜鐵和彈簧等基本組成部分。
工作原理
電磁閥斷電狀態
電磁閥通電狀態
大咖慧網絡培訓
2022年9月27日-28日，安世亞太大咖慧推出ANSYS閥門仿真專題免費線上培訓，專題講座包含：電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理、球閥的參數化流場仿真及優化，不容錯過。
上圖中各序號代表的零件名稱及材料見下表。工作介質為3號噴油燃料（航空煤油）。進油口與外部油源系統連通，進油口壓力為10MPa。控油口與壓力控制腔連通，故控制口壓力沒有定值，隨著電磁閥的工作狀態而改變；回油口與油箱連通，出油口壓力為0.3MPa。
當線圈繞組斷電時，在彈簧力及液動力作用下推動序號12，序號8和序號5一起向左運動，當運動到序號5的端面與序號2的孔底端面貼合時停止運動，此時進油口與控制口相通，油液通過進油口和控制口流入控制腔，回油口與油箱連通，如圖一所示。當線圈繞組通電時，在電磁力作用下，電磁力克服彈簧力及液動力，使序號12，序號8和序號5一起向右運動，當運動到序號5的端面與序號9的端面貼合時停止運動，此時控制口與回油口相通，控制腔內的油液通過控制口和回油口流回油箱，如上圖所示。
展開 本文原刊登于AutoCAD雜志：《Electromagnetic simulation: calculate complex interactions》
編輯整理：褚正浩 | Ansys中國高級應用工程師
此前Ansys推出的HFSS網格融合功能，是一種針對復雜設計及其組件間耦合作用進行電磁仿真的解決方案，旨在幫助降低如人工智能、5G通信或工業物聯網等領域的研發成本，并加速產品研發。
與過去相比，現代電子產品的精密程度更高
在實現更小產品外形尺寸的同時，工程師還需要提升功能，保持甚至降低功耗
對于人工智能、機器學習、自動駕駛汽車、5G通信、高性能計算和工業物聯網等領域，計算組件之間以及整個系統之間的復雜耦合作用至關重要
電磁仿真工具Ansys HFSS Mesh Fusion的出現，讓工程團隊可以生成網格并求解超大規模的設計
Ansys推出的HFSS網格融合功能，是針對復雜設計進行電磁仿真的解決方案，有望降低研發成本并加速高質量產品的研發。該軟件能夠實現復雜電磁系統的快速、全耦合仿真。此前是在AnsysHFSS 2021 R1版本中推出了HFSS網格融合功能，幫助工程師將集成電路（IC）、封裝、連接器、印刷電路板、天線和平臺整合在統一的Ansys HFSS設計中，以預測電磁耦合作用。HFSS網格融合功能通過在組件級應用先進的網絡技術，突破了以往諸多瓶頸，同時還可以實現計算機多核、計算機集群并行運行或在Ansys Cloud中運行。此外，創新型求解器技術將提取全耦合、無損、全波的電磁矩陣。
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幾何模型已由SOLIDWORKS建模，材料已在COMSOL中配置。 如下圖所示，幾何模型是一個圓柱形頭螺旋尾的三維結構(材料是柔性橡膠)，以及倆塊NdFeB永磁鐵。其中，倆塊磁鐵緊嵌在圓柱形頭部。
該三維結構置于背景磁場B0中，背景磁場大小和磁感應方向均不變。倆個磁體的磁極方向如藍色箭頭所示，由南極指向北極(已在COMSOL中配置)。在背景磁場作用下，倆個磁體受到磁轉矩作用
本案例模擬了一軟質錐形腔體結構，在受到設計的磁場力的作用下發生收縮變形的過程，模擬結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
摘 要：選取X80輸油氣管道作為研究對象，建立相應的磁力學模型，通過理論與實驗的方法，研究地磁場環境下復雜應力-磁通量的變化規律。首先，通過COMSOL有限元仿真軟件建立了X80管道模型，用Mises應力表征輸油氣管道不同內壓荷載作用下的應力值，設置地磁場強度為50μT的背景磁場，對輸油氣管道模型施加不同的內壓荷載，通過軟件計算分析，得出輸油氣管道壁上磁通量信號的分布情況。然后，通過對地磁場環境下輸油氣管道應力
紐曼模型框架
紐曼模型（Newman model）是用于描述鋰離子電池內部電化學和傳輸過程的一種數學模型。該模型以電池的正負極為基礎，通過一組偏微分方程來描述電池內部的電流、電壓和鋰離子濃度分布等關鍵參數。這個模型的主要目標是理解電池的性能和響應
電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
01
案例背景
電磁爐是日常生活中常見的家用電器，它是利用電磁感應原理對食物進行加熱，電磁爐的托盤是陶瓷材料，交變電流在線圈中的產生磁場，電磁爐鍋底放到托盤上，鍋體底部切割磁力線產生渦流
對于一般的加熱電路，電阻層分離是常見的主要故障。這是由于熱導致的界面應力過 大引起的。電阻層一旦分離，其局部就會過熱，這又加速了電阻層的分離。最后，在 最糟糕的情況下，電路可能會過熱并燒壞。從這一角度而言，研究由于溫差以及電阻 層和基板的不同熱膨脹系數引起的界面張力也很重要。電阻層的幾何形狀是設計電路 正常工作的關鍵參數。可以通過模擬電路來研究上述所有方面。
本案例基于一加熱電路模型，它由沉積在玻璃板上的電阻層組成
作動器是一種通電以后對鐵磁物質產生吸力、把電能轉化成機械能的電器，用于對負載的速度、方向、位移、力進行控制，有時候也稱為制動器、電磁閥、致動器或電磁鐵等。作動器的應用領域很廣，許多自動化電器（例如繼電器、接觸器、變換器等）和自控、遙控中操縱各種氣閥、油閥的電磁閥，都是以作動器機構為主體構成的，其他的例如汽車里的電控噴油嘴，電梯里的電磁制動器，起重吊車上的制動電磁鐵，電力傳動中的電磁離合器
作動器是一種通電以后對鐵磁物質產生吸力、把電能轉化成機械能的電器，用于對負載的速度、方向、位移、力進行控制，有時候也稱為制動器、電磁閥、致動器或電磁鐵等。作動器的應用領域很廣，許多自動化電器（例如繼電器、接觸器、變換器等）和自控、遙控中操縱各種氣閥、油閥的電磁閥，都是以作動器機構為主體構成的，其他的例如汽車里的電控噴油嘴，電梯里的電磁制動器，起重吊車上的制動電磁鐵，電力傳動中的電磁離合器，機床上的點此卡盤等
各企事業單位、高等院校及科研院所：
COMSOL是一款大型的高級數值仿真軟件，廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，在多物理場耦合分析方面有其獨到的優勢，因此被應用于各個相關科研和產品研發領域，在我國擁有非常廣闊的前景。多物理場耦合仿真分析是近年來應用比較廣泛的有限元仿真分析方法，大大的縮短了產品研發周期，提高科研效率。為進一步推動高等院校、科研院所及企事業單位在COMSOL多物理耦合研究工作的開展
本文原刊登于AutoCAD雜志：《Electromagnetic simulation: calculate complex interactions》
編輯整理：褚正浩 | Ansys中國高級應用工程師
此前Ansys推出的HFSS網格融合功能，是一種針對復雜設計及其組件間耦合作用進行電磁仿真的解決方案，旨在幫助降低如人工智能、5G通信或工業物聯網等領域的研發成本
