ANSYS中磁场力的计算
1 问题的起因:自从使用ANSYS以来,一直困惑,ANSYS提供的计算磁场力的手段——洛伦兹力、Maxwell张量力以及虚位移法到底是力的分类还是不同的计算方法呢?
之所以有这样的困惑,是因为:(1) 按照ANSYS洛伦兹力法求解,只有通电导线位于磁场中才受力,这也是我们知道的“左手定则”,也是电动机工作的原理;(2) 但是根据电磁场中法拉第磁力线管法,在两种介质的分界面处,只要它们的磁导率不相等,分界面处磁场力一定垂直于分界面,且总是从磁导率大的介质指向磁导率小的介质,这也是开关磁阻电机工作的基础。
2 解决方案:
但是,用(1)的方法无论如何也计算不出(2)中分界面的力?这是怎么回事的?
经过仔细阅读文献,终于恍然大悟:
(1) 洛伦兹力法,Maxwell张量法,即文献的式(12-6),以及虚位移法,本质是一样的,所以ANSYS中的计算力可以称作是“三种不同的计算方法”,使用者可以根据自己的情况方便使用,这需要长期摸索哪个精度更高?哪个更方便?
(2) 磁场对电流的作用力,即洛伦兹力,是直接计算作用于“元电流”上的力;而Maxwell张量力是通过计算传递该力的媒介中的应力来计算作用力。所以,前者作用于物体上的力是力体密度的体积分,而后者是表面应力的面积分。由此可见,Maxwell张量法计算力,必须选取包围计算体的一个闭合面,该面的选择对计算精度有影响。
(3) 据文献的式(12-33),虚位移法其实包含了前述两种类型的力。
3 结论:
(1) 洛伦兹力计算公式只能计算体积力。
(2) Maxwell张量公式计算的是表面张力,需要做闭合积分面,也包含了体积力的计算。
(3) 虚位移法对体积力和面积力均可以计算。
(4) ANSYS计算力的手段是“三种不同的方法”,不是“三种不同的力”。
(5) 至于到底哪种方法更好,需要长期摸索和阅读ANSYS中的帮助。
参考文献:
颜威利,杨庆新,汪友华. 电气工程电磁场数值分析. 北京:机械工业出版社,2005.9: 214-236.
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自己顶一下 楼主分析的很透彻,谢谢了! 看过 困惑中 谢谢楼主 学习了 我现在做声场,导波的仿真分析。
后面的目标是:做电磁场、热场、声场的多场耦合。
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