Пример
выполнения магнитного анализа электромагнитного привода в Ansys 6.1.
(Перевод английской версии примера, находящейся в help-файле программы.)
Содержание:
1. Описание проблемы.
2. Построение геометрии
3. Задание материалов
4. Генерирование сетки элементов
5. Приложение нагрузок
6. Получение решения
7. Просмотр результатов
1. Описание проблемы.
1.1 Задание.
1.2. Принятые
допущения.
1.3. Обзор
шагов.
1.1. Задание.
Электромагнитный привод анализируется как осесимметричная
двухмерная (2-D) модель. Для заданного тока в обмотке вычисляется сила,
возникающая на якоре.
Мера длинны - сантиметры. Якорь - подвижный компонент
привода. Магнитопровод - неподвижный компонент привода, составляющий магнитную
цепь вокруг обмотки. Переплетенная обмотка состоит из 650 витков, при токе 1А
(1 А/виток); питается от внешнего источника постоянного тока. Воздушный зазор –
это тонкая прямоугольная область воздуха между якорем и полюсными наконечниками
магнитопровода.
1.2. Принятые допущения.
Магнитный поток, создаваемый током в обмотке,
подразумевается столь малым, что насыщение магнитопровода не происходит. Утечки
магнитного поток из железа магнитопровода за периметр модели, подразумеваются
незначительными. Данные допущения упрощают анализ и уменьшают размер модели.
Для более точного анализа в модели может быть создана с дополнительной областью
воздуха вокруг железа. Величина её должна быть больше максимальной площади
модели.
Воздушный зазор моделируется отдельно, таким образом, чтобы
имелась возможность использовать квадратные элементы сетки в нем. Это вызвано
значительно меньшими размерами воздушного зазора сравнительно со всеми
остальными размерами всех частей модели. Размер элементов сетки (высота равна
ширине) нами будут выбраны больше величины высоты воздушного зазора и т.к.
сетка элементов модели будет создаваться программой автоматически, то в случае
не указания пользователем особых размеров сетки в воздушном зазоре элементы
сетки в нем не будут иметь квадратную форму. В виртуальном воздушном зазоре
модели в процессе решения будет создаваться виртуальная сила, притягивающая
якорь. А для корректного её расчета желательно использование в воздушном зазоре
элементов сетки квадратного вида.
Далее элементы сетки будут именоваться просто “элементы”.
Для данного типа анализа требуется, чтобы ток в обмотке был
задан в виде плотности тока (ток на площадь, приходящуюся на обмотку).
Тот факт, что мы принимаем магнитный поток не выходящим за
области модели, подразумевает, что поток будет параллелен внешним границам
модели. Это допущение моделируется “потокопараллельным” ("flux parallel")
граничным условием. Это граничное условие может использоваться в моделях,
содержащих замкнутый магнитопровод.
Сила рассчитывается на каждый элемент якоря и затем
суммируется. Она рассчитывается двумя методами, и оба результата можно потом
сравнить (значения близки).
Обзор шагов.
Построение геометрии
1. Создание первого
прямоугольника.
2. Создание
оставшихся пяти прямоугольников.
3.
Выполнение логической операции перекрытия для них.
Задание
материалов и определение их свойств.
4. Задание предпочтений
программы.
5. Задание материалов и
определение их свойств.
Генерирование сетки конечных
элементов (далее просто “сетки”).
6. Определение
типов элементов и их параметров.
7. Приписывание
типа материала элементам модели.
8. Задание
размеров элементов сетки в воздушном зазоре.
9. Генерирование
сетки с использованием инструмента MeshTool.
10. Масштабирование
модели в метры.
Приложение нагрузок.
11. Определение якоря как
компонента.
12. Приложение
силовых граничных условий к якорю.
13. Задание плотности тока.
14.
Задание потокопараллельного граничного условия.
Получение решения.
потокопараллельного
15. Решение.
Просмотр результатов.
16.
Отображение линий магнитного потока.
17. Просмотр рассчитанных
сил.
18.
Отображение плотности магнитного потока в векторном виде.
19.
Отображение областей насыщения магнитопровода.
20. Выход из программы.
2. Построение геометрии
Шаг 1. Создание
первого прямоугольника.
Геометрия модели создается посредством логической операции
перекрытия для шести прямоугольников. Создайте каждый прямоугольник заданием
координат его противоположных углов (вместо указания мышью точек на рабочей
плоскости).
1. Main Menu > Preprocessor >
Modeling> Create> Areas> Rectangle> By Dimensions
2. Введите следующее:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = 0
Y2 = 0.75
(Примечание: Нажимайте клавишу Tab для перемещения
между полями данных.)
3. OK.
4. Включите нумерацию областей: Utility Menu > Plot Ctrls
> Numbering
5. Поставьте флажок у Area numbers.
6. Нажмите OK.
Шаг 2.
Создание оставшихся пяти прямоугольников.
Далее создайте прямоугольники 2,3,4,5 и 6.
1. Main Menu > Preprocessor >
Modeling> Create > Areas> Rectangle > By Dimensions
2. Введите следующее:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = .75
Y2 = 3.5
3. Нажмите Apply.
4. Введите следующее:
X1 = .75
X2 = 2.25
Y1 = 0
Y2 = 4.5
5. Нажмите Apply.
6. Введите следующее:
X1 = 1
X2 = 2
Y1 = 1
Y2 = 3
7. Нажмите Apply.
8. Введите следующее:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = 0
Y2 = 3.75
9. Нажмите Apply.
10. Введите следующее:
X1 = 0
X2 = 2.75
Y1 = 0
Y2 = 4.5
11. Нажмите OK.
Шаг 3. Выполнение логической операции перекрытия для них.
Созданные нами прямоугольные области, накладываются друг на
друга. Эта логическая операция создаст новые области в модели во всех местах пересечения этих
шести прямоугольных областей.
1. Main Menu > Preprocessor>
Modeling> Operate> Booleans> Overlap > Areas
2. Выберете Pick All
(Выделит все).
3. Нажмите на панели кнопку SAVE_DB.
3. Задание материалов и определение их свойств
Шаг 4. Задание предпочтений программы.
Программа Ansys имеет множество инструментов для различных видов
анализа моделей (механические, термические, электромагнитные и т.д.). Задание
предпочтений программы – это фильтрация этих инструментов в соответствии с
выбранным видом анализа. После выполнения этой процедуры для работы остаются только
необходимые инструменты.
1. Main Menu > Preferences
2. Отметьте:
Electromagnetic:
Magnetic-Nodal
(элементы определяются узлами сетки).
3. OK.
Шаг 5. Задание материалов
и определение их свойств.
Далее зададим материалы и их магнитные свойства: воздуха,
железа магнитопровода, обмотки и якоря. Для упрощения задачи свойства всех
материалов приняты линейными. Обычно, параметр магнитной проницаемости железа
задается в виде нелинейной кривой B-H.
Материал 1 будет использоваться для задания элементов воздуха, материал 2 будет
использоваться для элементов железа магнитопровода, материал 3 - для элементов
обмотки, материал 4 - для элементов якоря.
1. Main Menu
> Preprocessor > Material Props > Material Models
2. Зададим относительную магнитную
проницаемость воздуха: двойной щелчок на
Electromagnetics,
Relative Permeability, Constant.
3. Ввести 1 для MURX.
4. OK.
5. Edit > Copy
6. OK для копирования Material Model Number 1 в Material Model
Number 2.
7. Двойной щелчок по Material Model Number 2, затем по
Permeability (Constant).
8. Изменить значение MURX с 1 на 1000.
9. OK.
10. Edit > Copy
11. Выбрать 1 для from Material Number.
12. Ввести 3 для to Material Number.
13. OK.
14. Edit > Copy
15. Выбрать 2 для from Material Number.
16. Ввести 4 для to Material Number.
17. OK.
18. Двойной щелчек
19. Изменить значение MURX с 1000 на 2000. 20. OK.
21. Material
4. Генерирование сетки конечных элементов. Шаг 6. Определение типов элементов и их параметров. На этой стадии вы определите типы элементов, которые будут
Обычно используются элементы более высокого порядка типа PLANE53 но мы будем использовать элементы более низкого
1. Main Menu > Preprocessor >
2. Add. 3. Выбрать Magnetic Vector. 4. Выбрать Vect Quad 4nod13 (PLANE13). 5. OK. 6. Options. 7. Измените Element
8. OK. 9. Close. Шаг 7.
Теперь припишим свой тип материала элементам воздуха,
1. Main Menu> Preprocessor>
2. Выбрать Areas для Element Attributes, нажать Set. 3. Выделить мышью четыре области воздушного зазора, A13, A14, A17
4. OK (в меню выделения). 5. Выбрать 1 для Material number. 6. Apply. 7. Выделить мышью пять областей железа магнитопровода, A7, A8, A9, A11, A12. 8. OK (в меню выделения). 9. Выбрать 2 для Material number. 10. Apply. 11. Выделить
12. OK (в меню выделения). 13. Выбрать 3 для Material number. 14. Apply. 15. Выделить
A10, A15, A16. 16. OK (в меню выделения). 17. Выбрать 4 для
18. OK. 19. Нажать SAVE_DB на панели
Шаг 8. Задание размеров элементов сетки
Вызовите MeshTool 1. Выбрать Lines, Set для Size Controls. 2. Выделить мышью четыре вертикальные линии в воздушном
3. OK (в меню выделения). 4. Введите 2 для No.
5. OK. Шаг 9. Генерирование
1. Нажать кнопку Set рядом с Global в Size Control инструмента
2. Ввести 0.25 для Element edge length (длинна ребра элемента). 3. OK. 4. Выбрать Areas в Mesh
5. Щелкнуть по кнопке Mesh. 6. Pick All (в меню выделения). 7. Close в
8. Utility Menu > PlotCtrls > Numbering 9. Выбрать Material
(Пронумеровать по атрибуту и в качестве атрибута выбрать -
10. OK. Шаг 10.
В этом примере используется система единиц СИ. Все значения
1. Main Menu> Preprocesso >
2. Pick All. 3. Ввести 0.01 для RX и RY. (Масштаб по осям.) 4. Выбрать для Existing areas значение Moved.
5. OK.
6. Нажать SAVE_DB на панели
Приложение нагрузок. Шаг 11. Определение якоря
Якорь можно легко определить как компонент, выбрав его
1. Utility Menu > Select > Entities (Выбрать объекты.) 2. Выбрать
3. Выбрать By
4. Ввести 4 для Min, Max, Inc. (Выбрать элементы
5. OK. 6. Utility Menu > Plot > Elements На экране
7. Utility Menu > Select >
8. Ввести ARM для
9. Выбрать
10. OK. Шаг 12.
1. Main Menu> Preprocessor > Loads
2. Выбрать ARM. 3. OK. 4. Просмотрите
5. File > Close (окно), 6. Utility Menu > Select >
7. Utility Menu > Plot > Elements
Шаг 13. Задание плотности
Плотность тока определяется как число витков обмотки (650),
1. Utility Menu > Plot > Areas
2. Main Menu> Preprocessor> Loads
3. Выделить мышью область обмотки (щелкайте на номер
4. OK (в меню выделения). 5. Ввести
6. OK. Закройте все информационные окна, если они появятся. Шаг 14.
Задав это условие мы сообщим программе, что магнитный поток
1. Utility Menu > Plot > Lines 2. Main Menu> Preprocessor> Loads
3. Выделите все линии по периметру модели (14 линий).
5. OK (в меню выделения). 6. Нажать SAVE_DB на панели
Получение решения. Шаг 15. Решение. 1. Main Menu> Solution> Solve>
2. Начмите OK для начала решения.
3. Закройте информационное окно после того, как выполнится
Просмотр результатов Шаг 16. Отображение
1. Main Menu > General Postproc >
2. OK.
Ваши результаты могут слегка отличаться от приведенных. Шаг 17. Просмотр
1. Main Menu > General Postproc >
2. Выбрать ARM. 3. OK. 4.
File > Close чтобы
или сохраните её
для последующего
Шаг 18.
1. Main Menu > General Postproc >
2. Выбрать Flux & gradient. 3. Выбрать Mag flux
4. OK. Шаг 19.
1. Main Menu > General Postprocessor
2. Выбрать Flux & gradient. 3. Выбрать BSUM. 4. OK. Ansys
5. Utility Menu > PlotCtrls >
6. Выбрать 3/4 expansion. 7. OK. 8. Utility Menu > PlotCtrls > Pan,Zoom,Rotate 9. Iso. 10. Close. Шаг 20. Выход из программы. На панели
Выбрать Quit - No Save! OK.
(Constant).
> Exit
использоваться в модели, и зададите соответствующие этим типам параметры.
порядка PLANE13 для уменьшения обьема памяти,
занимаемом моделью.
Element Type > Add/Edit/Delete
behavior с plain strain на Axisymmetric. (Изменить поведение элементов с плосконапряженного на
осесимметричное).
Приписывание типа материала элементам модели.
железа, обмотки и якоря.
Meshing> MeshTool
и A18 (щелкайте на номер области).
мышью область обмотки A4.
мышью области якоря
Material number.
инструментов.
в воздушном зазоре.
зазоре.
of element divisions.
сетки с использованием инструмента MeshTool.
MeshTool.
инструмента MeshTool.
MeshTool.
numbers.
номер материала).
Масштабирование модели в метры.
размеров заносимых нами в процессе построения модели были в сантиметрах.
Поэтому нам необходимо масштабировать модель в метры.
Modeling> Operate> Scale> Areas
(Существующие области заменятся новыми, масштабированными.) (Обратите внимание,
чтобы параметр выше имел значение “Areas and mesh” – т.е. масштабированию подвергнутся и имеющиеся области
и построенная для них сетка конечных элементов).
инструментов (Сохранить базу данных).
как компонента.
элементы. Это нужно для того, чтобы далее приложить к нему нагрузки.
Elements.
Attributes.
по атрибуту – номеру материала - № 4 (Выделен пункт Material num.))
появятся только элементы якоря:
Comp/Assembly > Create Component (Создать компонент.)
Component name.
Elements.
Прложение силовых граничных условий к якорю.
> Define Loads> Apply > Magnetic> Flag> Comp. Force/Torq
информацию затем закройте её:
Everything
тока.
умноженное на ток (1 А) и разделенное на площадь, приходящуюся на обмотку
(2 см2), т.е. (650)(1)/2, или 325. Для перевода в систему СИ это
значение должно быть разделено на 0.01**2 (0,0001).
> Define Loads> Apply > Magnetic> Excitation > Curr Density>
On Areas
области).
325/.01**2 для Current density value.
Задание потокопарраллельного граничного условия.
не выходит за периметр модели. Чтобы смоделировать среду, в которой находится
моделируемый электромагнитный объект, достаточно создать вокруг него области
этой среды и задать для них соответствующий материал со свойственной этой среде
магнитной проницаемостью.
> Define Loads> Apply > Magnetic-> Boundary > Vector Poten>
Flux Par'l> On Lines
инструментов (Сохранить базу данных).
Electromagnet> Static Analysis> Opt & Solve
решение.
линий магнитного потока.
Plot Results > Contour Plot> 2D Flux Lines
расчитанных сил.
Elec & Mag Calc > Component Based> Force
Просмотрите информацию, затем выберите:
закрыть окно
в файл File > Save as
просмотра в Блокноте.
Отображение плотности магнитного потока в векторном виде.
Plot Results > Vector Plot> Predefined
dens B.
Отображение областей насыщения магнитопровода.
> Plot Results > Contour Plot> Nodal Solution
позволяет создать 3-D вид из осесимметричной плоской
модели. Эта процедура не вносит изменения в базу данных модели.
Style > Symmetry Expansion > 2D Axi-Symmetric
инструментов: QUIT.
Название реферата: Пример выполнения магнитного анализа электромагнитного привода в Ansys 6.1.
| Слов: | 2238 |
| Символов: | 20892 |
| Размер: | 40.80 Кб. |
Вам также могут понравиться эти работы:
- Пример программирония на Бейсике (результаты сессии 25 студентов, сдавших 5 экзаменов)
- Пример создания БД Материалы с помощью Access
- Примеры построения АСУ-СВЯЗЬ
- Принтеры
- Принцип работы CD-ROM
- Принципиальные отличия Win95 от предыдущих версий. Достоинства и недостатки WIN95
- Принципы проектирования и использования многомерных баз данных