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PLANE53 單元說明PLANE53 用于 2 維 (平面和軸對稱) 磁場問題的建模。本單元有 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多 4 個(gè)自由度：磁矢量勢的 z 分量 (AZ)、時(shí)間積分電標(biāo)量勢 (VOLT)、電流 (CURR) 和電動勢降 (EM
PLANE53 單元說明

PLANE53 用于 2 維 (平面和軸對稱) 磁場問題的建模。本單元有 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多 4 個(gè)自由度：磁矢量勢的 z 分量 (AZ)、時(shí)間積分電標(biāo)量勢 (VOLT)、電流 (CURR) 和電動勢降 (EMF)。

PLANE53 是以磁矢量勢理論為基礎(chǔ)的，可以用于以下低頻磁場分析：靜磁、渦流 (AC 時(shí)間諧波和瞬態(tài)分析)、電動力磁場 (voltage forced magnetic fields)(靜態(tài), AC時(shí)間諧波和瞬態(tài)分析) 以及電磁-電路耦合場 (靜態(tài), AC時(shí)間諧波和瞬態(tài)分析)。本單元具有非線性磁能力，可用于 B-H 曲線或永久磁體退磁曲線的建模。關(guān)于本單元的更多細(xì)節(jié)見 ANSYS 公司理論手冊 中的 PLANE53。類似的 4 節(jié)點(diǎn)單元是 PLANE13 (沒有電動力勢和電磁-電流耦合能力)。

圖 53.1 PLANE53 單元幾何

PLANE53 輸入數(shù)據(jù)

在圖 53.1: "PLANE53 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系。單元輸入數(shù)據(jù)包括：8 個(gè)節(jié)點(diǎn)和磁材料特性。單位類型 (MKS 或用戶定義) 由 EMUNIT 命令確定。EMUNIT 也規(guī)定 MUZERO 的值。EMUNIT 默認(rèn)為 MKS 單位，而 MUZERO 默認(rèn)等于 4 π x 10-7 henries/meter。除MUZERO 外，正交異性相對導(dǎo)磁率由材料特性表中的 MURX 和 MURY 確定。

MGXX 和 MGYY 表示永久磁性材料矯頑力的矢量分量。矯頑力的大小等于這些分量平方和的平方根。極化方向由分量 MGXX 和 MGYY 確定。永久磁體極化方向和正交異性材料方向與單元坐標(biāo)系方向一致。單元坐標(biāo)系的方向在 "坐標(biāo)系" 中說明。未輸入的材料特性其默認(rèn)值與 線性材料特性 中相同。如 數(shù)據(jù)表 – 隱式分析 中所述，非線性磁性 B-H 特性用 TB 命令輸入。可以將 B-H 曲線和線性相對導(dǎo)磁率相結(jié)合來確定非線性正交異性磁性能。在相對導(dǎo)磁率為零的地方，在各單元坐標(biāo)方向?qū)⑹褂肂-H 曲線。一種材料只能規(guī)定一條 B-H 曲線。

本單元可以使用不同的節(jié)點(diǎn)載荷組合，取決于 KEYOPT(1) 的值。節(jié)點(diǎn)載荷用 D 和 F 命令定義。對 D 命令，Lab 變量為自由度 (VOLT 或 AZ)， VALUE 為相應(yīng)的數(shù)值 (時(shí)間積分電標(biāo)量勢或磁勢量勢)。對 F 命令，Lab 變量為力 (AMPS 或 CSGZ)，VALUE 為相應(yīng)的數(shù)值 (電流或磁通量)。如果有節(jié)點(diǎn)力，對平面問題應(yīng)輸入每單位厚度的值，對軸對稱問題應(yīng)輸入整個(gè) 360° 圓周的值。

單元載荷在 節(jié)點(diǎn)和單元載荷 中說明。在單元邊界上可以用 SF 和 SFE 命令輸入 Maxwell 力標(biāo)記，如 圖53.1 "PLANE53 單元幾何" 中有圓圈的數(shù)字所示。需要計(jì)算磁力的表面可以在面載荷命令中用 MXWF 標(biāo)記來識別 (不要數(shù)值)。在這些表面上將計(jì)算一個(gè) 應(yīng)力張量以得到磁力。此表面標(biāo)記應(yīng)該施加到與需要計(jì)算力的物體相鄰的 "空氣" 單元上。刪除 MXWF 表示去掉此標(biāo)記。在順序結(jié)構(gòu)分析中，對于兼容的單元，可以使用 Lorentz 和 Maxwell 力 [LDREAD]。

溫度 (僅用于計(jì)算材料特性) 和磁虛位移體載荷可以輸入單元節(jié)點(diǎn)的直或單一的單元值 [BF, BFE]。源流密度和電壓體載荷可以施加到一個(gè)面積 (AREA) 上 [BFA] 或輸入單元值 [BFE]。一般地，未給出的節(jié)點(diǎn)溫度默認(rèn)為用 BFUNIF 或 TUNIF 命令指定的均勻溫度。在順序結(jié)構(gòu)分析中，對于兼容的單元，可以使用計(jì)算得到的焦耳熱 [LDREAD]。

對于需要計(jì)算局部 Jacobian 力的空氣單元，可以用帶有 MVDI 標(biāo)記的 BF 命令，將節(jié)點(diǎn)值設(shè)置為 1 和 0 來識別。詳見 ANSYS 電磁場分析指南。

在 "PLANE53 輸入?yún)R總" 中給出了本單元輸入數(shù)據(jù)的一個(gè)匯總。在 "單元輸入" 中給出了本單元輸入數(shù)據(jù)的一般說明。對于軸對稱問題，見 "軸對稱單元"。

PLANE53 輸入?yún)R總

節(jié)點(diǎn)

I, J, K, L, M, N, O, P

自由度

AZ – 如果 KEYOPT(1) = 0

VOLT, AZ - 如果 KEYOPT(1) = 1

AZ, CURR – 如果 KEYOPT(1) = 2

AZ, CURR, EMF – 如果 KEYOPT(1) = 3 或 4

實(shí)常數(shù)

CARE, TURN, LENG, DIRZ, FILL, VELOX,

VELOY, OMEGAZ, XLOC, YLOC

對于實(shí)常數(shù)的說明見 表 53.1: "PLANE53 實(shí)常數(shù)"

材料性能

MUZERO, MURX, MURY, RSVX, MGXX, MGYY, 加上 BH 數(shù)據(jù)表 (見 數(shù)據(jù)表 – 隱式分析)

面載荷

Maxwell 力標(biāo)記 –

邊 1 (J-I), 邊 2 (K-J), 邊 3 (L-K), 邊 4 (I-L)

體載荷

溫度 -

T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)

磁虛位移 –

VD(I), VD(J), VD(K), VD(L), VD(M), VD(N), VD(O), VD(P) -

源流密度, 如果 KEYOPT(1) = 0 或 1:

備用, 備用, JSZ(I), PHASE(I), 備用, 備用,

JSZ(J), PHASE(J), 備用, 備用, JSZ(K), PHASE(K),

備用, 備用, JSZ(L), PHASE(L)，備用, 備用,

JSZ(M), PHASE(M), 備用, 備用, JSZ(N), PHASE(N),

備用, 備用, JSZ(O), PHASE(O), 備用, 備用,

JSZ(P), PHASE(P)

電壓載荷, 如果 KEYOPT(1) = 2:

VLTG(I), PHASE(I), VLTG(J), PHASE(J), VLTG(K), PHASE(K),

VLTG(L), PHASE(L), VLTG(M), PHASE(M), VLTG(N), PHASE(N),

VLTG(O), PHASE(O), VLTG(P), PHASE(P)

求解能力 –

生死單元、自適應(yīng)下降

關(guān)鍵選項(xiàng)

KEYOPT(1) – 單元自由度

0 –AZ 自由度：靜態(tài)域，包括渦流域；

1 - VOLT, AZ 自由度：電流反饋塊導(dǎo)體；

2 - AZ, CURR 自由度：電壓反饋導(dǎo)電線圈；

3 - AZ, CURR, EMF 自由度：電流耦合導(dǎo)電線圈；

4 - AZ, CURR, EMF自由度：電流耦合塊導(dǎo)體；

KEYOPT(2) – 單元常規(guī)速度

0 – 忽略速度影響

1 - 常規(guī)速度公式 (KEYOPT(1) = 2, 3 或 4 時(shí)不能用)

KEYOPT(3) – 單元行為

0 – 平面

1 – 軸對稱

KEYOPT(4) – 單元坐標(biāo)系

0 - 單元坐標(biāo)系平行于總體坐標(biāo)系

1 - 單元坐標(biāo)系基于單元的 I-J 邊

KEYOPT(5) – 額外的單元輸出

0 – 基本單元輸出

1 – 積分點(diǎn)輸出

2 – 節(jié)點(diǎn)磁場輸出

KEYOPT(7) – 為耦合單元儲存磁力

0 – 有中間節(jié)點(diǎn)的 (高階) 結(jié)構(gòu)單元

1 - 沒有中間節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)單元

表 53.1 PLANE53 實(shí)常數(shù)

序 號

名 稱

說 明

KEYOPT(1) ≧ 2 – 電力勢或電磁-電流耦合分析 (導(dǎo)電線圈或塊導(dǎo)體)

1

CARE

線圈截面積，KEYOPT(1) = 2, 3, 4 時(shí)輸入

2

TURN

線圈總匝數(shù) (僅對導(dǎo)線束)，默認(rèn)為 1，KEYOPT(1) = 2, 3 時(shí)輸入

3

LENG

Z 方向?qū)Ь€束長度(僅對平面問題)，默認(rèn)為 1 米；KEYOPT(1) = 2, 3, 4

4

DIRZ

Z 方向電流；KEYOPT(1) = 2, 3, 4

5

FILL

導(dǎo)電線圈填充因子；KEYOPT(1) = 2, 3

KEYOPT(2) = 1 (且 KEYOPT(1) = 0 或 1)–導(dǎo)體的速度影響

6

VELOX

X 方向的速度分量 (總體直角坐標(biāo)系)

7

VELOY

Y方向的速度分量 (總體直角坐標(biāo)系)

8

OMEGAZ

繞支點(diǎn) Z 軸(總體直角坐標(biāo)系) 的旋轉(zhuǎn)角速度 (Hz, 每秒循環(huán)數(shù))

9

XLOC

支點(diǎn)的 X 坐標(biāo) (總體直角坐標(biāo)系)

10

YLOC

支點(diǎn)的 Y 坐標(biāo) (總體直角坐標(biāo)系)

PLANE53 輸出數(shù)據(jù)

與單元有關(guān)的結(jié)果輸出有兩種形式：

包括在整個(gè)節(jié)點(diǎn)解中的節(jié)點(diǎn)位移。

附加的單元輸出，見表 53.2 "PLANE53 單元輸出定義"；

在圖 53.2 " PLANE53 磁單元輸出" 中顯示了幾個(gè)輸出項(xiàng)。單元輸出的方向平行于單元坐標(biāo)系。在 "結(jié)果輸出" 中給出了對于結(jié)果輸出的一般說明。查看的方法見 "ANSYS 基本分析指南"。

由于直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系使用的符號約定不同，對平面 (KEYOPT(3) = 0)和軸對稱 (KEYOPT(3) =1) 分析，磁流量密度矢量的方向相反。