電機(jī)電磁場有限元分析

2016-03-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

電機(jī)電磁場有限元分析

電機(jī)電磁場是工程領(lǐng)域中所遇電磁場的一種,電磁場問題的理論基礎(chǔ)是Maxwell方程組,各種電磁場問題均可等價(jià)于數(shù)學(xué)領(lǐng)域中偏微分方程的初、邊值問題。

電機(jī)電磁場所包含的類型很多,如按場源是否隨時(shí)間變化可分為穩(wěn)態(tài)場與時(shí)變場;按求解區(qū)域的媒介線性與否可分為線性、非線性問題;按電磁場位函數(shù)的維數(shù)可分為一維、二維、三維問題。就從電機(jī)電磁場分布區(qū)域來看,也有氣隙磁場、端部磁場、鐵心磁場、電樞導(dǎo)線渦流場等;從理論上講,用數(shù)值方法可以解決上述問題,但實(shí)際工程應(yīng)用中,即使是基本的二維穩(wěn)態(tài)電機(jī)電磁場問題,電機(jī)設(shè)計(jì)者也較少從場的觀點(diǎn)出發(fā),采用有限元或其它數(shù)值法進(jìn)行求解,究其原因,除客觀條件限制外,主觀上仍有兩方面:其一是要用有限元或其它數(shù)值法求解電機(jī)電磁場問題,則設(shè)計(jì)者本身至少要精通該數(shù)值方法的理論及過程、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序語言及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入數(shù)據(jù)文件的建立,有時(shí)還要進(jìn)行必要的程序修改、編譯等;其二,設(shè)計(jì)者在數(shù)值計(jì)算前,由于數(shù)據(jù)前處理過程單調(diào)、數(shù)據(jù)量浩繁,其工作量約占整個(gè)有限元分析工作量的80%,因此,電機(jī)電磁場數(shù)值計(jì)算的工程應(yīng)用研究已經(jīng)提到較重要的位置,即如何從電機(jī)設(shè)計(jì)者角度出發(fā),將較成熟的求解電機(jī)電磁場的數(shù)值算法如有限元法在過程上通用化,操作上簡捷化,數(shù)據(jù)管理上自動(dòng)化,讓電機(jī)設(shè)計(jì)者真正將有限

元法作為一種求解電機(jī)電磁場的通用工具,正如會(huì)使用計(jì)算器的人,并非必須了解其工作原理、機(jī)器語言、數(shù)碼顯示等。

由于有限元理論已比較完備,相應(yīng)的計(jì)算方法及軟件已在工程領(lǐng)域中作為分析計(jì)算的工具,因此,電機(jī)設(shè)計(jì)人員更關(guān)心如何應(yīng)用有限元法來分析計(jì)算電機(jī)電磁場,即有限元前(后)處理。

1、有限元前處理:是指在有限元分析程序運(yùn)行以前,針對某一具體問題所必須的所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作。就電機(jī)電磁場而言,它主要包括求解區(qū)域的確定、幾何模型描述、區(qū)域網(wǎng)格剖分、節(jié)點(diǎn)、單元編號及優(yōu)化、各種信息數(shù)據(jù)生成等。

2、有限元后處理:進(jìn)行電機(jī)電磁場有限元分析的目的,是讓電機(jī)設(shè)計(jì)者對電機(jī)磁場有清晰直觀的認(rèn)識(shí),而有限元法作為一種數(shù)值算法,其分析計(jì)算的結(jié)果因數(shù)據(jù)浩繁,不便分析評價(jià)。將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程領(lǐng)域所熟悉的各種圖、曲線、表格等對工程分析及設(shè)計(jì)評價(jià)是很必要的,這就要用到有限元后處理。

目前有限元分析系統(tǒng)(前處理、有限元求解、后處理)發(fā)展的總趨勢是與CAD系統(tǒng)集成化,以形成設(shè)計(jì)、計(jì)算、優(yōu)化、分析、繪圖的集成化軟件系統(tǒng),國際上較著名的有限元軟件系統(tǒng)有FELAC等。

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