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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3、對有限元分析感興趣的工程師你會得到什么：1、學(xué)習(xí)齒輪接觸的三維模型處理2、學(xué)齒輪連接非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置3、學(xué)習(xí)非線性靜結(jié)構(gòu)分析步的建立4、學(xué)習(xí)齒輪靜結(jié)構(gòu)接觸分析的載荷施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51); background-color: rgb(255, 255, 255);">案例介紹了ANSYS workbench 齒輪齒條靜結(jié)構(gòu)接觸分析。

之前有一期講了ABAQUS進(jìn)行反應(yīng)譜分析時怎么進(jìn)行靜動疊加，利用工況疊加的原理。這一期主要講解了ANSYS反應(yīng)譜分析時怎么進(jìn)行靜動疊加。其實，同樣是采用了工況疊加。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;我接下來以一根柱子來做這個案例。反應(yīng)譜采用水工抗震規(guī)范[1]的反應(yīng)譜。柱子的尺寸是1×2×5m，彈性模量為2.1E8Pa，泊松比0.2，密度2400kg/m3。

ANSYS Maxwell是一種電磁場有限元分析軟件，它功能強大，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。

稱重部,加料部,油壓站及外部殼體去除,然后,將簡化后的模型導(dǎo)入SpaceClaim進(jìn)行模型處理,最后將處理完畢的模型導(dǎo)入Maxwell?1.2模型假設(shè)及網(wǎng)格模型采用靜磁場求解器進(jìn)行分析?模型建立后,須先對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格劃分采用自適應(yīng)網(wǎng)格如圖3所示?網(wǎng)格劃分完成后,創(chuàng)建計算區(qū)域?設(shè)置激勵源和設(shè)置材料等,相關(guān)仿真參數(shù)的設(shè)置如表1所示?通電線圈是一個封閉的體,需要指定源的方向,建立Section

針對不同的應(yīng)用場景，它能進(jìn)行靜磁場、低頻交流磁場、瞬態(tài)磁場等多種類型的分析，準(zhǔn)確計算磁場強度、磁通密度、電磁力等關(guān)鍵電磁參數(shù)。（二）電路與系統(tǒng)集成軟件支持與電路設(shè)計工具集成，實現(xiàn)電磁 - 電路聯(lián)合仿真。這意味著工程師可以在一個環(huán)境中同時考慮電磁元件和電路系統(tǒng)的相互作用，例如在設(shè)計電機控制器時，不僅能分析電機內(nèi)部的電磁場，還能模擬控制電路對電機性能的影響，從而優(yōu)化整個系統(tǒng)的設(shè)計。

圖3 電機外加激勵電路 2.4 仿真結(jié)果與分析2.4.1 電機靜磁場分析及結(jié)果電機靜磁場分析是指僅有永磁體作為勵磁激勵條件下的分析方式，此時外電路不參與分析。永磁直流空心杯電機靜磁場分析得到的磁力線分布云圖與磁感應(yīng)強度云圖如圖4、圖5所示。

課程包括：Workbench - Mechanical中可用的分析類型結(jié)構(gòu)（靜態(tài)和瞬態(tài)）：線性和非線性結(jié)構(gòu)分析。動力學(xué)：模態(tài)、諧波、響應(yīng)譜、隨機振動、柔性和剛性動力學(xué)。傳熱（穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)）：求解溫度場和熱通量。允許與溫度相關(guān)的電導(dǎo)率、對流、輻射和材料。靜磁學(xué)：執(zhí)行各種磁場分析。電氣：模擬電氣設(shè)備，如電機、螺線管等。為什么選擇 ANSYS Workbench？您將了解什么是有限元分析和有限元方法。

3.2 轉(zhuǎn)子偏心故障分析 轉(zhuǎn)子偏心故障可分為靜態(tài)偏心故障、動態(tài)偏心故障二種類型。產(chǎn)生靜態(tài)偏心的主要原因是即定轉(zhuǎn)子不同軸心，造成動態(tài)偏心的原因是轉(zhuǎn)軸彎曲或軸承損壞等。靜偏心故障是電機普遍存在的故障，靜偏心相當(dāng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心從定子中心向某個方向偏移，使轉(zhuǎn)子在此方向相對于定子偏心，定、轉(zhuǎn)子間氣隙發(fā)生變化，這種氣隙偏心固定在某一位置，它不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而改變位置。

在ANSYS Workbench的電磁場分析中，導(dǎo)體通電產(chǎn)生磁場，導(dǎo)體設(shè)置有兩種方法：1.第一種為導(dǎo)體方法：加載電壓和電流，自動設(shè)置電流的流向，進(jìn)而計算出磁場，這種方式的優(yōu)勢是僅僅需要電流的流入位置和流出位置，給定電流值就可以了，無論其形狀多么復(fù)雜，導(dǎo)體的電流如圖所示。

了解磁場如何與材料和運動相互作用，對于跨學(xué)科的工程師、研究人員和設(shè)計師至關(guān)重要。這個全面的實踐課程將您從基礎(chǔ)到使用ANSYS Maxwell（電磁場分析領(lǐng)域的領(lǐng)先軟件工具之一）的高級模擬技術(shù)。無論您是學(xué)生、研究人員還是行業(yè)專業(yè)人士，本課程都將為您提供設(shè)計、模擬和優(yōu)化磁性系統(tǒng)的實用技能。您將探索如何構(gòu)建和分析永磁體、電磁鐵和涉及力、扭矩和運動的動態(tài)系統(tǒng)。

圖4 線圈磁動勢和電磁力隨溫度的變化曲線3.2 靜態(tài)特性分析在電磁鐵磁路中，因軟磁材料的相對磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大 于空氣的，故磁路中的磁阻主要由氣隙產(chǎn)生。在20 ℃時電磁鐵磁場強度分布如圖 5 所示。從圖中可 見，磁場強度主要分布在氣隙處，包括銜鐵與靜鐵芯 間的工作氣隙、銜鐵與外殼間的非工作氣隙以及銜鐵 上端與 Band 域間的空氣層。

采用ANSYS Maxwell四面體剖分單元對模型進(jìn)行自適應(yīng)剖分處理，漏磁場通過油質(zhì)實現(xiàn)閉合，應(yīng)提高油箱的剖分精度，軟件可依據(jù)模型每一步剖分的殘差進(jìn)行自適應(yīng)的解構(gòu)，提高靜態(tài)求解的精度。采用三相變壓器進(jìn)行屏蔽作用分析，在變壓器的結(jié)構(gòu)中設(shè)定繞組的材料為銅導(dǎo)體，對截面添加激勵電流[11]，在高壓繞組及低壓繞組中形成工作的環(huán)形電流，完成對繞組的激勵。

例如，呂晶等[5]利用鐵磁材料能量平衡理論,對應(yīng)力作用下的材料弱磁效應(yīng)進(jìn)行了分析，計算了拉應(yīng)力作用下體系的磁效應(yīng)特征。徐鴻飛等[6]利用ANSYS有限元軟件研究了腐蝕管道在內(nèi)壓及地磁場作用下空間磁信號的分布規(guī)律，分析了不同提離高度對于管道缺陷磁信號的影響，以及不同缺陷深度下的磁信號分布。

本文以二維靜態(tài)磁場為例，介紹一下使用遠(yuǎn)場單元注意事項，并給出一個簡單的APDL算例，軟件版本ANSYS19.0。一、問題介紹及注意事項 對于ANSYS二維靜態(tài)磁場分析，磁力線總是平行或垂直于邊界的，有時與實際情況是不符的，這時候就要引入infin110等遠(yuǎn)場單元。

通過對不同時刻電弧形態(tài)變化的分析，可以直觀地了解電弧的運動軌跡和發(fā)展過程。 磁場方向的改變也會對電弧運動產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)磁場方向與電弧軸線垂直時，電弧受到的電磁力最大，電弧的運動軌跡會發(fā)生明顯的偏移，更容易被吹入滅弧室。