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 個節點，每個節點最多 4 個自由度：磁矢量勢的 z 分量 (AZ)、時間積分電標量勢 (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 個節點，每個節點最多 4 個自由度：磁矢量勢的 z 分量 (AZ)、時間積分電標量勢 (VOLT)、電流 (CURR) 和電動勢降 (EMF)。
PLANE53 是以磁矢量勢理論為基礎的，可以用于以下低頻磁場分析：靜磁、渦流 (AC 時間諧波和瞬態分析)、電動力磁場 (voltage forced magnetic fields)(靜態, AC時間諧波和瞬態分析) 以及電磁-電路耦合場 (靜態, AC時間諧波和瞬態分析)。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。關于本單元的更多細節見 ANSYS 公司理論手冊 中的 PLANE53。類似的 4 節點單元是 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 輸入數據
在圖 53.1: "PLANE53 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節點位置和坐標系。單元輸入數據包括：8 個節點和磁材料特性。單位類型 (MKS 或用戶定義) 由 EMUNIT 命令確定。EMUNIT 也規定 MUZERO 的值。EMUNIT 默認為 MKS 單位，而 MUZERO 默認等于 4 π x 10-7 henries/meter。除MUZERO 外，正交異性相對導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系方向一致。單元坐標系的方向在 "坐標系" 中說明。未輸入的材料特性其默認值與 線性材料特性 中相同。如 數據表 – 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 曲線和線性相對導磁率相結合來確定非線性正交異性磁性能。在相對導磁率為零的地方，在各單元坐標方向將使用B-H 曲線。一種材料只能規定一條 B-H 曲線。
本單元可以使用不同的節點載荷組合，取決于 KEYOPT(1) 的值。節點載荷用 D 和 F 命令定義。對 D 命令，Lab 變量為自由度 (VOLT 或 AZ)， VALUE 為相應的數值 (時間積分電標量勢或磁勢量勢)。對 F 命令，Lab 變量為力 (AMPS 或 CSGZ)，VALUE 為相應的數值 (電流或磁通量)。如果有節點力，對平面問題應輸入每單位厚度的值，對軸對稱問題應輸入整個 360° 圓周的值。
單元載荷在 節點和單元載荷 中說明。在單元邊界上可以用 SF 和 SFE 命令輸入 Maxwell 力標記，如 圖53.1 "PLANE53 單元幾何" 中有圓圈的數字所示。需要計算磁力的表面可以在面載荷命令中用 MXWF 標記來識別 (不要數值)。在這些表面上將計算一個 應力張量以得到磁力。此表面標記應該施加到與需要計算力的物體相鄰的 "空氣" 單元上。刪除 MXWF 表示去掉此標記。在順序結構分析中，對于兼容的單元，可以使用 Lorentz 和 Maxwell 力 [LDREAD]。
溫度 (僅用于計算材料特性) 和磁虛位移體載荷可以輸入單元節點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面積 (AREA) 上 [BFA] 或輸入單元值 [BFE]。一般地，未給出的節點溫度默認為用 BFUNIF 或 TUNIF 命令指定的均勻溫度。在順序結構分析中，對于兼容的單元，可以使用計算得到的焦耳熱 [LDREAD]。
對于需要計算局部 Jacobian 力的空氣單元，可以用帶有 MVDI 標記的 BF 命令，將節點值設置為 1 和 0 來識別。詳見 ANSYS 電磁場分析指南。
在 "PLANE53 輸入匯總" 中給出了本單元輸入數據的一個匯總。在 "單元輸入" 中給出了本單元輸入數據的一般說明。對于軸對稱問題，見 "軸對稱單元"。
PLANE53 輸入匯總
節點
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
實常數
CARE, TURN, LENG, DIRZ, FILL, VELOX,
VELOY, OMEGAZ, XLOC, YLOC
對于實常數的說明見 表 53.1: "PLANE53 實常數"
材料性能
MUZERO, MURX, MURY, RSVX, MGXX, MGYY, 加上 BH 數據表 (見 數據表 – 隱式分析)
面載荷
Maxwell 力標記 –
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、自適應下降
關鍵選項
KEYOPT(1) – 單元自由度
0 –AZ 自由度：靜態域，包括渦流域；
1 - VOLT, AZ 自由度：電流反饋塊導體；
2 - AZ, CURR 自由度：電壓反饋導電線圈；
3 - AZ, CURR, EMF 自由度：電流耦合導電線圈；
4 - AZ, CURR, EMF自由度：電流耦合塊導體；
KEYOPT(2) – 單元常規速度
0 – 忽略速度影響
1 - 常規速度公式 (KEYOPT(1) = 2, 3 或 4 時不能用)
KEYOPT(3) – 單元行為
0 – 平面
1 – 軸對稱
KEYOPT(4) – 單元坐標系
0 - 單元坐標系平行于總體坐標系
1 - 單元坐標系基于單元的 I-J 邊
KEYOPT(5) – 額外的單元輸出
0 – 基本單元輸出
1 – 積分點輸出
2 – 節點磁場輸出
KEYOPT(7) – 為耦合單元儲存磁力
0 – 有中間節點的 (高階) 結構單元
1 - 沒有中間節點的結構單元
表 53.1 PLANE53 實常數
序 號
名 稱
說 明
KEYOPT(1) ≧ 2 – 電力勢或電磁-電流耦合分析 (導電線圈或塊導體)
1
CARE
線圈截面積，KEYOPT(1) = 2, 3, 4 時輸入
2
TURN
線圈總匝數 (僅對導線束)，默認為 1，KEYOPT(1) = 2, 3 時輸入
3
LENG
Z 方向導線束長度(僅對平面問題)，默認為 1 米；KEYOPT(1) = 2, 3, 4
4
DIRZ
Z 方向電流；KEYOPT(1) = 2, 3, 4
5
FILL
導電線圈填充因子；KEYOPT(1) = 2, 3
KEYOPT(2) = 1 (且 KEYOPT(1) = 0 或 1)–導體的速度影響
6
VELOX
X 方向的速度分量 (總體直角坐標系)
7
VELOY
Y方向的速度分量 (總體直角坐標系)
8
OMEGAZ
繞支點 Z 軸(總體直角坐標系) 的旋轉角速度 (Hz, 每秒循環數)
9
XLOC
支點的 X 坐標 (總體直角坐標系)
10
YLOC
支點的 Y 坐標 (總體直角坐標系)
PLANE53 輸出數據
與單元有關的結果輸出有兩種形式：
包括在整個節點解中的節點位移。
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" 中顯示了幾個輸出項。單元輸出的方向平行于單元坐標系。在 "結果輸出" 中給出了對于結果輸出的一般說明。查看的方法見 "ANSYS 基本分析指南"。
由于直角坐標系和極坐標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。 |
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