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Maxwell顺态求解器电磁力分析

hjku   ·  9月前   ·   技术文章

问题描述:求解一段通有正弦交流电的直导线在某一稳态磁场中的受力情况,并简单验证仿真结果。

模型介绍:

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如上几何模型中10mm边长立方体代表永磁体,材料属性为材料库中的NdFe35,修改磁化方向为X方向,其他属性不变,如下图所示。其中黄色圆柱体代表铜导线,红色框线代表求解区域(真空)。导线端面与求解域重合,电流不会泄漏以便顺利计算。

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Maxwell求解树如下:

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Solution type: Transient瞬态求解器

Boundaries:未指定,系统选取默认求解边界。

Excitations: 添加绕组Wingding1,绕组激励类型为电流(绞线),电流函数sin(pi*time),即周期为2秒,幅值为1A,初相位0的正弦曲线。

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然后在线圈上添加激励加载面(铜线的两个端面)。截面绞线数量相同都为1且电流方向一致。如下图所示。

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Parameters:选择圆柱导线,然后添加右击Parameters选择Assign>Force即可。

Mesh Operations:对圆柱体划分网格尺寸为0.4mm,磁铁网格尺寸4mm。模型网格如下。

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Tips

Q1:如果发现上面的网格剖分结果不理想(太密或太疏),如何重新设置重新剖分?

A1:project manager--->Analysis---->右击------>revert to initial mesh---->重新设置网格尺寸(这步操作必须要,否则,就算你重新设置了网格尺寸,你得到的依然是第一次网格剖分的结果)

Q2:从新设置网格尺寸后,怎么应用设置进行划分,并查看网格划分效果?

A2:操作方法:project manager--->Analysis---->右击------>apply mesh operations;然后

project manager--->field overlaps---->右击------>plot mesh---->弹出对话框----->DONE.

Analysis分析时间stop time 8sec即刚好2个正弦周期,time step 0.1sec。每一求解步都储存云图。

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Result: 显示电流激励曲线  result右击create transient report>rectangular plot

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激励输入曲线如下。与之前设置的电流激励函数符合。

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同理在category中选force, quantity中选Fore1.force_z显示出圆柱导体Z向分力曲线如下图。

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可以看出Z方向力输出曲线与激励输入曲线的变化是完全一致的。由安培定律公式F=BIL也可以验证输入激励电流I与输出力F是完全成线性关系的。

 

圆柱导体磁感线云图:

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这里的磁感应强度B是根据真空中的磁导率公式B=u0*H,以及导线和永磁体的距离求解得来。

 

简单验证:

可以取磁感线云图的中间值进行简单的理论验算。B=0.569T,电流I取最大值1A,导线长度L由几何模型可知L=0.010M,所以安培力理论值F=B*I*L=0.569*1*0.01=0.00569N=5.69mN。与模拟计算Z向分力波峰值5.2mN基本一致,仿真结果可信。

 

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