PLANE53 單元說(shuō)明PLANE53 用于 2 維 (平面和軸對(duì)稱) 磁場(chǎng)問(wèn)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(shì)的 z 分量 (AZ)、時(shí)間積分電標(biāo)量勢(shì) (VOLT)、電流 (CURR) 和電動(dòng)勢(shì)降 (EM
PLANE53 單元說(shuō)明
PLANE53 用于 2 維 (平面和軸對(duì)稱) 磁場(chǎng)問(wèn)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(shì)的 z 分量 (AZ)、時(shí)間積分電標(biāo)量勢(shì) (VOLT)、電流 (CURR) 和電動(dòng)勢(shì)降 (EMF)。
PLANE53 是以磁矢量勢(shì)理論為基礎(chǔ)的，可以用于以下低頻磁場(chǎng)分析：靜磁、渦流 (AC 時(shí)間諧波和瞬態(tài)分析)、電動(dòng)力磁場(chǎng) (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(chǎng) (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(jiàn) ANSYS 公司理論手冊(cè) 中的 PLANE53。類似的 4 節(jié)點(diǎn)單元是 PLANE13 (沒(méi)有電動(dòng)力勢(shì)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(duì)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(shuō)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(duì)導(dǎo)磁率相結(jié)合來(lái)確定非線性正交異性磁性能。在相對(duì)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(duì) 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(shì)或磁勢(shì)量勢(shì))。對(duì) 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(duì)平面問(wèn)題應(yīng)輸入每單位厚度的值，對(duì)軸對(duì)稱問(wèn)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(shuō)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(lái)識(shí)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(duì)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(duì)于兼容的單元，可以使用計(jì)算得到的焦耳熱 [LDREAD]。
對(duì)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(lái)識(shí)別。詳見(jiàn) ANSYS 電磁場(chǎng)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(shuō)明。對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，見(jiàn) "軸對(duì)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(duì)于實(shí)常數(shù)的說(shuō)明見(jiàn) 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(jiàn) 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(duì)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(chǎng)輸出
KEYOPT(7) – 為耦合單元儲(chǔ)存磁力
0 – 有中間節(jié)點(diǎn)的 (高階) 結(jié)構(gòu)單元
1 - 沒(méi)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(hào)
名 稱
說(shuō) 明
KEYOPT(1) ≧ 2 – 電力勢(shì)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(duì)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(zhǎng)度(僅對(duì)平面問(wèn)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(jiàn)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(duì)于結(jié)果輸出的一般說(shuō)明。查看的方法見(jiàn) "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(hào)約定不同，對(duì)平面 (KEYOPT(3) = 0)和軸對(duì)稱 (KEYOPT(3) =1) 分析，磁流量密度矢量的方向相反。 |
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總部李老師
