邊界條件復(fù)制/真實曲面網(wǎng)格設(shè)置/磁滯模型定義

如何將邊界條件和幾何一起復(fù)制？

1問題描述

在Maxwell中，用戶在復(fù)制物體的時候，軟件默認(rèn)只復(fù)制物體的尺寸和材料屬性，不復(fù)制邊界條件，本文將介紹通過改變軟件設(shè)置，使得邊界條件可以連同幾何一起復(fù)制的方法。

2方法實現(xiàn)

在菜單欄，點擊Tools>>Options>>GeneralOptions>>Maxwell 2D/Maxwell 3D>>Boundary Assignment，勾選中Duplicate boundaries/mesh operations withgeometry選項。

前往Options中的General Options

啟動Maxwell 2D復(fù)制功能

啟動Maxwell 3D復(fù)制功能

用戶需要注意的是，當(dāng)選中此選項時，網(wǎng)格操作和分配給對象的激勵也將會被同時復(fù)制。用戶也可參見 Maxwell在線幫助Assigning Boundaries and Excitations for 3D/2D Designs>>ModifyingBoundary Conditions and Excitations>>Duplicating Boundaries andExcitationsd的相關(guān)內(nèi)容，了解更多關(guān)于復(fù)制操作的說明。

3總結(jié)

本文介紹了用戶通過改變軟件設(shè)置，使得在復(fù)制物體的時候，其邊界條件可以連同幾何模型一起復(fù)制，省去了再次創(chuàng)建邊界條件的操作，提高了仿真分析的效率。

如何在Maxwell的網(wǎng)格操作中設(shè)置Surface Approximation？

1問題描述

在Maxwell中，Surface Approximation在幾何圖形具有真實曲面(圓形曲面)時尤其重要，在這種情況下，網(wǎng)格的設(shè)置應(yīng)該盡可能接近真實曲面形狀，否則求解時一些幾何信息可能會被錯過。本文將介紹如何在網(wǎng)格操作中設(shè)置Surface Approximation，這將幫助用戶得到接近幾何形狀的網(wǎng)格。

2方法實現(xiàn)

在Maxwell中，Surface Approximation網(wǎng)格操作可被用于物體表面，如平面、圓柱、圓錐、環(huán)面、球面或曲面等，原始模型的面稱為真實面。為了創(chuàng)建一個有限元網(wǎng)格， Maxwell 先將所有的真實表面分成三角形，這些三角形表面被稱為多面表面，因為三角形中的一系列直線段代表每一個曲面或平面。

(a) 球面

(b) 圓柱面

(c) 環(huán)面

(d) 圓錐面

真實的表面例子

對于平面而言，三角形恰好位于模型面上，真實表面與網(wǎng)格表面的位置和法線沒有差異。當(dāng)一個物體的表面是非平面的，多面三角形面與物體的真實表面有一個小距離。這個距離稱為表面偏差，它是用模型的單位來測量的。表面偏差在三角形中心附近較大，在三角形頂點附近較小。為了設(shè)置表面近似網(wǎng)格操作，需參考以下步驟。

(1) 選擇要修改 Surface Approximation 設(shè)置的面。或者，如果您想修改對象上每個面的表面近似設(shè)置，則選擇此對象。

(2) 點擊Maxwell>>MeshOperations>>Assign>>Surface Approximation來打開表面近似對話框。

表面近似對話框

(3) 命名該設(shè)置組或使用默認(rèn)名稱。

(4) 在曲面網(wǎng)格下，用戶可以選擇Use Slider或指定Manual Settings。

(a) 在Use Slider中，滑塊包含用戶選擇的分辨率的視覺表示，從少量網(wǎng)格的粗分辨率到大量網(wǎng)格的精細(xì)分辨率，共包含9位刻度選項。

(b) 在Manual Settings中，點擊后界面將會切換為文本輸入，用戶可以手動設(shè)置網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

Surface Deviation表示表面偏差， 用戶可以輸入所選面的真實表面與網(wǎng)格面的距離，并選擇單位。

Surface Deviation圖形說明

Normal Deviation表示普通偏差，用戶可以輸入真實表面法線與對應(yīng)網(wǎng)格面之間的角距離，并選擇單位。

Normal Deviation圖形說明

Aspect ratio表示縱橫比，用戶可以在框中輸入一個值。該值決定了三角形的形狀，值越高，三角形越細(xì)。接近1的值會出現(xiàn)形狀良好的寬三角形。

用戶需要注意的是，如果以上三種手動設(shè)置有多選，Maxwell將會將它們組合后應(yīng)用。

3總結(jié)

本文介紹了在幾何圖形具有真實曲面(圓形曲面)時，通過在網(wǎng)格操作中設(shè)置Surface Approximation，該設(shè)置會使網(wǎng)格盡可能接近真實曲面形狀，有效避免求解時錯過一些幾何信息，提高了仿真分析的精度。

Maxwell中的磁滯模型

1問題描述

磁滯模型(HysteresisModel)可以用于Maxwell磁瞬態(tài)求解器(2D和3D)，以高精度計算鐵芯損耗和小回路磁滯現(xiàn)象。如果采用磁滯模型來計算鐵芯損耗，則磁滯損耗分量將可以直接根據(jù)磁滯回線的輸入數(shù)據(jù)計算，并且渦流損耗分量將基于經(jīng)典渦流損耗系數(shù)Kc(疊壓)或者Bulk Current(實心)。

在軟件中有多個“Hysteresis”術(shù)語的使用。為了方便理解，本文中所指的模型是瞬態(tài)鐵芯損耗模型的一種，稱之為“Hysteresis Model”。這與標(biāo)準(zhǔn)的“Electrical Steel”損耗模型相反，該模型是基于解析(Steinmetz)方程，其包含一個稱為“Hysteresis Loss”的損耗分量，并且具有相應(yīng)的Kh系數(shù)。

渦流場求解器中也有磁滯損耗計算，但這不在本文討論的范圍。

2方法實現(xiàn)

磁滯模型通用材料的設(shè)置方法如下。

首先在第一象限輸入軟磁材料的非線性BH數(shù)據(jù)，從(0，0)開始，并超過用戶需要仿真的最大飽和點。這使得求解器能夠正確地對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，而不需要對 BH 數(shù)據(jù)進(jìn)行任何外推。

然后確保BH數(shù)據(jù)具有正確的單位，并且Normal和Intrinsic選項設(shè)置正確。該BH曲線是非線性“anhysteretic”曲線，即直流磁化曲線。磁滯模型將被添加到該非線性曲線的頂部。

設(shè)置軟磁材料的非線性BH曲線

對于該模型，當(dāng)選中Lamination后電導(dǎo)率僅用于Maxwell 3D瞬態(tài)中求解疊壓方向法向磁通產(chǎn)生的損耗。同時，該模型中忽略了磁矯頑力部分。鐵芯損耗模型選擇Hysteresis Model。Composition設(shè)置為Lamination(建立疊片)，疊壓系數(shù)(Stacking Factor)以及疊壓方向(Stacking Direction)都需要指定。需要注意的是，V(1)、V(2)及V(3) 分別對應(yīng)笛卡爾坐標(biāo)系的X、Y及Z或圓柱坐標(biāo)系的R、Phi及Z。

鐵芯損耗選擇磁滯模型

接下來是定義磁滯模型的Hci值。

用戶可以直接在材料屬性或是磁滯回線計算工具中定義內(nèi)稟矯頑力Hci的值。Hci的值是必須得定義的，而剩磁Br的值則是可選的。用戶可通過點擊材料屬性框中的“Hysteresis Loop”選項打開磁滯回線窗口。

Hysteresis Loop磁滯回線窗口

對于疊壓材料，用戶可使用Kc系數(shù)定義鐵芯損耗的經(jīng)典渦流分量。該分量可通過電導(dǎo)率σ(西門子/米)和疊壓厚度d(米)計算得到，計算公式如下。

Kc=π2σd2/6

Kc系數(shù)計算原理示意

在該疊壓案例中，渦流分量屬于鐵芯損耗一部分(單個疊片內(nèi)的小規(guī)模感應(yīng)電流)，并且鐵芯中不存在Bulk Current(疊片阻止大電流產(chǎn)生)。因此，疊壓物體總是默認(rèn)關(guān)閉渦流效應(yīng)設(shè)置。

對于實心材料，如實心鋼芯，求解器會忽略Kc參數(shù)，當(dāng)存在感應(yīng)電流時，應(yīng)設(shè)置Bulk Conductivity，同時開啟渦流效應(yīng)設(shè)置，以計算渦流損耗。

由于在材料設(shè)置中磁滯模型已被啟用，因此鐵芯損耗計算不必再進(jìn)行設(shè)置。在瞬態(tài)場中，用該材料定義的所有物體都會計算鐵芯損耗。

3總結(jié)

本文介紹了磁滯模型(HysteresisModel)，通過磁滯模型計算鐵芯損耗，磁滯損耗分量將可以直接根據(jù)磁滯回線的輸入數(shù)據(jù)計算，并且渦流損耗分量將基于經(jīng)典渦流損耗系數(shù)Kc(疊壓)或者Bulk Current(實心)。磁滯模型(Hysteresis Model)可用于Maxwell磁瞬態(tài)求解器(2D和3D)，以高精度計算鐵芯損耗和小回路磁滯現(xiàn)象。

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