关于旋转的永磁轮的瞬态分析

NX220

根据版中关于永磁体的帖子，钻研一个星期，终于求得结果，但是结构与实际值有出入，差一个数量级，且随时间变化不同。特发帖请教！
问题，如图所示（2D）：在铝制导板上有一个旋转的永磁轮，n.s极取halbach列，计算在当轮旋转时，通过和铝板之间的磁场感应在轮上产生的x,y轴的力（旋转速度1000转/分，时间为0~0.1s,每子步0.002s）。命令流如下：/prep7
*afun,deg
ang=90
a=45
an=22.5
r_in=0.1725
r_out=0.3
es=1
hc=10e5
mur=1.08
rho=0.2857e-7
g=0.01
d=0.015
w=1.2
h=1
et,1,53！空气
mp,murx,1,1
et,2,53,，1
mp,murx,2,mur
mp,mgxx,2,hc
et,3,53,，1
mp,murx,3,mur
mp,mgyy,3,hc
et,4,53,，1
mp,murx,4,mur
mp,mgxx,4,-hc
et,5,53,，1
mp,murx,5,mur
mp,mgyy,5,-hc
et,6,53!导板
mp,murx,6,1
mp,rsvx,6,rho
！定义实常数
r,2,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
r,3,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
r,4,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
r,5,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
!建模
local,11,1
csys
/PNUM,AREA,1  
CYL4,,,r_in,ang-an,r_out,ang
CYL4,,,r_in,a,r_out,ang-an
CYL4,,,r_in,an,r_out,a
CYL4,,,r_in,0,r_out,an
！将模型分别沿x,y轴映射
FLST,3,4,5,ORDE,2   
FITEM,3,1   
FITEM,3,-4  
ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0  
FLST,3,8,5,ORDE,2   
FITEM,3,1   
FITEM,3,-8  
ARSYM,X,P51X, , , ,0,0
aglu,all
rectng,-w/2,w/2,-0.3-g-d,-0.3-g ！建立导板模型
rectng,-w/2,w/2,-h/2,h/2  ！建立外边界模型
aovlap,all
numcmp,area  !将生成的面重新编号
aplot
!赋予材料特性
ASEL,S, , ,       3
FLST,5,3,5,ORDE,3   
FITEM,5,3   
FITEM,5,5   
FITEM,5,-6  
ASEL,S, , ,P51X
/REPLOT
AATT,       1, ,   1,       0,  
ALLSEL,ALL  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       2
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y  
!*  
CMSEL,S,_Y1
AATT,       6, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
!*  
csys,1  
asel,s,loc,x,r_in,r_out
/REPLOT
AATT,       2, ,   1,      11,  
alls
aplot
!分网,先将导板单独分网0.005，其他0.02，且自由划分
ASEL,S, , ,       2
/REPLOT
FLST,2,1,5,ORDE,1   
FITEM,2,2   
AESIZE,P51X,0.005,  
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
!*  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       2
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
!*  
AMESH,_Y1   
!*  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
APLOT   
ASEL,U, , ,       2
/REPLOT
FLST,2,19,5,ORDE,3  
FITEM,2,1   
FITEM,2,3   
FITEM,2,-20
AESIZE,P51X,0.02,   
MSHAPE,1,2D
!*  
FLST,5,19,5,ORDE,3  
FITEM,5,1   
FITEM,5,3   
FITEM,5,-20
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
!*  
AMESH,_Y1   
!*  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
!*  
MSHKEY,0
!*  
FLST,5,19,5,ORDE,3  
FITEM,5,1   
FITEM,5,3   
FITEM,5,-20
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
!*  
AMESH,_Y1   
!*  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
!*  
SAVE
！修改轮中的永磁极性
asel,s,mat,,2
asel,r,loc,y,a,ang-an
alls,belo,area
mat,3
type,3
real,3
esys,11
emod,all

alls
asel,s,mat,,2
asel,r,loc,y,an,a
alls,belo,area
mat,4
type,4
real,4
esys,11
emod,all
alls
asel,s,mat,,2
asel,r,loc,y,0,an
alls,belo,area
mat,5
type,5
real,5
esys,11
emod,all
alls
asel,s,mat,,2   
FLST,5,3,5,ORDE,3   
FITEM,5,4   
FITEM,5,7   
FITEM,5,18  
ASEL,S, , ,P51X
/REPLOT   
alls,belo,area  
mat,5   
type,5  
real,5  
esys,11
emod,all
alls
asel,s,mat,,2   
/REPLOT
FLST,5,3,5,ORDE,3   
FITEM,5,13  
FITEM,5,15  
FITEM,5,20  
ASEL,S, , ,P51X
/REPLOT
alls,belo,area  
mat,4   
type,4  
real,4  
esys,11
emod,all
alls
asel,s,mat,,2   
/REPLOT
FLST,5,3,5,ORDE,3   
FITEM,5,14  
FITEM,5,16  
FITEM,5,19  
ASEL,S, , ,P51X
/REPLOT
alls,belo,area  
mat,3   
type,3  
real,3  
esys,11
emod,all
ALLSEL,ALL  
/REPLOT  
！加载求解
！定义组件wheel
/SOL
ESEL,S,MAT,,2   
ESEL,A,MAT,,3   
ESEL,A,MAT,,4   
ESEL,A,MAT,,5   
/REPLOT
CM,wheel,ELEM     
FMAGBC,'WHEEL'  
ALLSEL,ALL  
!施加边界通量平行条件
FLST,5,8,4,ORDE,7   
FITEM,5,6   
FITEM,5,9   
FITEM,5,-10
FITEM,5,13  
FITEM,5,15  
FITEM,5,21  
FITEM,5,-23
LSEL,S, , ,P51X
NSLL,S,1
FLST,2,452,1,ORDE,10
FITEM,2,1   
FITEM,2,-2  
FITEM,2,482
FITEM,2,-488
FITEM,2,968
FITEM,2,-972
FITEM,2,2797
FITEM,2,-2951   
FITEM,2,6791
FITEM,2,-7073   
D,P51X,AZ,0
ALLSEL,ALL  
  
/SOL
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL  
NROPT,AUTO, ,   
EQSLV,SPAR, ,0,
PRECISION,0
MSAVE,0  
TIME,0.1
AUTOTS,-1   
DELTIM,0.02, , ,1   
KBC,0   
FINISH  
save


最后得到力值为：
              SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units of Force:        (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y   
    WHEEL     -0.54290E+02  -0.68597E+03
_________________________________________                              
           SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units of Force:  (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y      
    WHEEL     -0.10416E+04  -0.25962E+03
________________________________________     
     且x,y轴上的力随时间的变化曲线如图2（线性变化图）所示，但是实际的曲线图如图3(随时间逐渐达到稳态，且为正弦图)所示，两图之间的差别是为什么啊？请教高手！

[ 本帖最后由 NX220 于 2008-12-8 13:39 编辑 ]

TBE_Legend

我想问题应该出在你的受力分析上。

转动部件受到的 力：惯性力，电磁力，（摩擦力等其他），而你的分析似乎只考虑了电磁力。

磁场——电磁力——转速——磁场，这是一个耦合的东东。

当然你可以简化一下你的计算，把matlab和ansys集成起来，用matlab来解这个耦合的运动方程，用ansys来解磁场，步长当然得取得小点。

最方便的是用maxwell做多省事啊。呵呵

NX220

我知道这个问题确实需要耦合，但是我现在只关心的是磁场力，这一步先解决了再继续深入啊！
用maxwell很好做嘛？没学过啊，我这个是毕业设计来的，老板指定用ansys来分析，并且我对这个相对还要更了解些。
你说我这个是步长取得太大了吗？是这个原因嘛？

perch88

轮是怎么旋转的？定义实常数？好像没转

NX220

r,2,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
r,3,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
r,4,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
r,5,,,,,,,
rmore,,100/6,0,0,
设了啊，如上所示，旋转角速度为1000转/分，就是不知道只在实常数中设可不可以，还需不需要另外的加载？

pengchangjun

这样设置不行,
以前搞过类似的东西,但没做出来.

perch88

对，转的话要动网格，网格不动不算转

pengchangjun

我的帖子里有关于电机旋转的论文,
但不是我写的
这位作者实现旋转了,并且其博士论文也是用ansys 做的,

NX220

恩，谢谢各位的帮助！
版主能不能说的详细些呢？或者引导一下去哪里可以找到这方面的例子？
对楼上大哥提到的论文我刚下下来，其实以前搜到了的，但是看着是关于电机的，并且又包含有定转子之间的相对运动，所以应该比我的问题复杂多了哈，我只要使这个磁轮转动起来，看看其上的磁力就行了哈。你既然研究电机的转动，能否详细指导下小妹呢？十分感谢哈！

沙隆巴斯

实常数那个设置在瞬态的时候没什么用处。可以不旋转永磁体，转别的，不然还得改坐标系。

NX220

1. 那我使用什么来代替磁轮的旋转呢？使下面的铝板移动？那它的移动速度应该怎么设呢？只在实常数下设可以不呢？
2. 还有，上面的第一次的在实常数中设置角速度的动画结果中我看到磁力线以及磁通密度的云图随着时间的变化也在变化啊？那是不是说明我设的速度还是有一定作用呢？
3，我第一次贴上来的命令大多是GUI的操作过程，现在把整理过的命令流贴上来（见附件），供想做永磁轮的xdjm们参考，顺便帮我看看其中存在的问题哈

[ 本帖最后由 NX220 于 2008-11-8 20:48 编辑 ]

北极熊甲

原帖由 NX220 于 2008-11-8 20:37 发表
1. 那我使用什么来代替磁轮的旋转呢？使下面的铝板移动？那它的移动速度应该怎么设呢？只在实常数下设可以不呢？
2. 还有，上面的第一次的在实常数中设置角速度的动画结果中我看到磁力线以及磁通密度的云图随着时间 ...

电机转动虽然很简单，但是不是像你所想的那样的。用ansys做需要用到物理环境文件等的。

maxwell，comsol，magnet等做转动都很方便的，建议别在ansys上挣扎了，把精力放到更有意义的地方。

NX220

不会吧？怎么会这样啊？可是我没时间再去学其他的了啊，老板让最近马上搞出来，还要用ansys。
并且就这样放弃，心里岂不是很不甘心？

pengchangjun

楼主, 你导师认为能做出来,,,可以请教他指点一下,,看怎么实现.

NX220

呵呵，大家是不是把这个问题误解了啊？我这个问题跟感应电机差多了哈，这个没有定转子之间的槽和空隙。空间没有材料的改变，根据ANSYS对运动问题的要求，我这个仅仅旋转永磁体轮应该还是可以算的吧？请高手们仔细看看指点指点啊。

perch88

没说不可以阿
也没说不麻烦阿

pengchangjun

北极熊甲老师
在您的帖子里有关于旋转电机的分析方法
我以前做过,但没做出来
不知道ansys 是否能做出旋转(不论有多复杂).

perch88

答案是肯定的，是可以做的

flyingmind

楼主，旋转运动的话，你可以使铝运动，算出来的转矩是一样的，方向相反而已
但是带运动的瞬态分析一定要动网格，即每一个时步，网格需要重新剖分的

perch88

flyingmind: 但是带运动的瞬态分析一定要动网格，即每一个时步，网格需要重新剖分的
perch88: 嗯，类似的问题讨论过很多次了，就是这个结论