ANSYS Maxwell+Workbench 2021 電機多物理場耦合有限元分析從入門到工程實戰(zhàn)
定 價：99 元
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- 作者：劉慧娟、張振洋、宋騰飛 等 編著
- 出版時間：2022/8/1
- ISBN：9787122411655
- 出 版 社：化學工業(yè)出版社
- 中圖法分類：O241.82-39
- 頁碼：346
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：16開
本書從基礎(chǔ)操作入手，通過工程應(yīng)用實例對ANSYS Maxwell 2021電磁場及Workbench 2021多物理場仿真平臺的使用方法和技巧做了系統(tǒng)的介紹。全書分為上、下兩篇：上篇為基礎(chǔ)操作篇，主要包括有限元仿真分析的一般流程、ANSYS Maxwell幾何建模的方法、模型通用前處理、求解和后處理的設(shè)置方法及技巧；下篇為工程實例專題分析篇，通過具體案例講解2D/3D靜磁場、2D渦流場、2D/3D瞬態(tài)電磁場、電路-電磁耦合場、電磁-熱耦合場、電磁-結(jié)構(gòu)-聲耦合場等常見電機電磁場及多物理耦合場仿真的思路、詳細步驟和應(yīng)用技巧。
本書配備所有工程案例的模型文件，并專門制作了軟件操作視頻，讀者可掃描書中二維碼獲取相關(guān)內(nèi)容。
本書既可以作為工程技術(shù)人員、科研人員等高階讀者靈活使用ANSYS Maxwell軟件的參考資料，也可作為理工科院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材。
劉慧娟，北京交通大學電氣工程學院教授、博士生導師。長期從事電機及其控制領(lǐng)域的教學與科研工作，每年主講本科生和研究生多門課程：“電機學”“電機設(shè)計”“交流電機系統(tǒng)分析”“電機分析與設(shè)計仿真軟件應(yīng)用實踐”“電機電磁場計算”等。主持開設(shè)的本科生“電機學”課程被評為北京交通大學校級精品課程，并在中國大學MOOC上在線開課四期，主持開設(shè)的研究生課程“交流電機系統(tǒng)分析”被評為北京交通大學優(yōu)質(zhì)核心課程。主持多項教學研究項目，并獲教學成果獎多項。曾分別到美國俄亥俄州立大學和香港理工大學做訪問學者。
主持和參與多項國家自然科學基金項目和省部級科研項目，特別對各種新結(jié)構(gòu)電磁設(shè)備的設(shè)計與制造、電磁場性能的計算與分析等有深入的研究，發(fā)表相關(guān)科技論文100余篇。
上篇 基礎(chǔ)操作篇
第1章 有限元分析及ANSYS Maxwell/Workbench 2021 概述 002
1.1 有限元法簡介 002
1.2 有限元法基本思想及求解步驟 002
1.3 有限元分析的發(fā)展趨勢及FEA 軟件 003
1.4 ANSYS 簡介 004
1.5 ANSYS Electronics Desktop 2021 平臺 005
1.5.1 項目新建及保存 006
1.5.2 Maxwell 基本運行界面 006
1.5.3 項目列表常用操作 007
1.5.4 ANSYS Maxwell 電磁場有限元仿真的一般流程 008
1.6 ANSYS Workbench 2021 平臺及模塊 009
1.6.1 Workbench 基本運行界面 009
1.6.2 模塊區(qū)基本操作 009
1.6.3 ANSYS Workbench 多物理場耦合仿真的一般流程 015
第2章 ANSYS Maxwell 幾何建模方法 018
2.1 坐標系簡介 018
2.1.1 相對坐標系的創(chuàng)建 019
2.1.2 表面坐標系的創(chuàng)建 020
2.1.3 實體坐標系的創(chuàng)建 021
2.2 基本模型繪制方法 022
2.2.1 點、線、面、體的繪制 022
2.2.2 螺旋線的繪制 023
2.2.3 參數(shù)方程曲線的繪制 024
2.3 幾何操作方法 025
2.3.1 布爾運算 025
2.3.2 等比例放大/縮小和拉伸、掃描 027
2.3.3 位置變換和復制 029
2.3.4 倒角和圓角 030
2.4 UDP 快速建模方法 031
2.5 參數(shù)化方法在建模中的運用 035
2.6 外部幾何模型導入方法 035
2.7 RMxprt 一般電機模型快速建模法 036
2.7.1 模型選擇 037
2.7.2 參數(shù)設(shè)定 037
2.7.3 模型生成 046
2.7.4 RMxprt 自定義槽形 048
第3章 ANSYS Maxwell 2D/3D 通用前處理流程 051
3.1 建立模型 051
3.2 設(shè)定求解類型 051
3.3 常見材料設(shè)置 053
3.3.1 材料庫簡介. 053
3.3.2 鐵磁材料的添加 053
3.3.3 永磁材料的屬性設(shè)置 056
3.3.4 導體材料的屬性設(shè)置 060
3.3.5 考慮溫度修正的材料參數(shù)化設(shè)置 061
3.4 設(shè)定運動區(qū)域 065
3.4.1 普通旋轉(zhuǎn)電機運動設(shè)置 065
3.4.2 直線電機運動設(shè)置 066
3.4.3 多區(qū)域運動設(shè)置 068
3.4.4 三維模型運動邊界 068
3.5 網(wǎng)格的類型及劃分策略 069
3.5.1 網(wǎng)格劃分默認設(shè)置 069
3.5.2 基于表面/內(nèi)部網(wǎng)格剖分 071
3.5.3 曲線及曲面網(wǎng)格剖分 073
3.5.4 網(wǎng)格克隆 074
3.6 激勵源設(shè)置 078
3.6.1 電流激勵 078
3.6.2 電壓激勵 081
3.6.3 外電路激勵 081
3.7 邊界條件設(shè)定 082
3.7.1 常見邊界條件分類 082
3.7.2 不同邊界條件的適用范圍 083
3.7.3 各邊界條件的使用方法 084
3.8 自定義監(jiān)測參數(shù)設(shè)定 087
3.8.1 電感參數(shù) 087
3.8.2 非直接求解模型受力/轉(zhuǎn)矩參數(shù) 087
第4章 求解及后處理 089
4.1 求解參數(shù)設(shè)置 089
4.1.1 穩(wěn)態(tài)求解器 089
4.1.2 頻域求解器 092
4.1.3 時域求解器 094
4.2 結(jié)果后處理 097
4.2.1 查看求解數(shù)據(jù) 097
4.2.2 生成結(jié)果報表 098
4.2.3 繪制場量圖 102
4.2.4 場圖動畫生成及不同參數(shù)下結(jié)果查看 104
4.2.5 場計算器簡介及基本操作 106
4.2.6 場計算器自定義結(jié)果輸出 108
下篇 工程實例專題分析篇
第5章 靜磁場仿真分析 112
5.1 實例描述 112
5.2 二維靜磁場 112
5.2.1 模型創(chuàng)建 112
5.2.2 設(shè)置求解域 113
5.2.3 設(shè)置激勵 114
5.2.4 邊界條件和力參數(shù)設(shè)置 115
5.2.5 求解設(shè)置 115
5.2.6 求解數(shù)據(jù) 115
5.3 三維靜磁場 117
5.3.1 模型設(shè)置 117
5.3.2 激勵設(shè)置 118
5.3.3 設(shè)置求解域 119
5.3.4 設(shè)置扭矩參數(shù) 119
5.3.5 分析和結(jié)果 119
第6章 油浸式變壓器不同工況下電磁及Simplorer 場路耦合仿真 121
6.1 實例描述及仿真策略 121
6.2 變壓器電磁場仿真分析 121
6.2.1 模型建立及前處理 121
6.2.2 計算結(jié)果查看 125
6.3 基于Simplorer（Twin Builder）的變壓器場路耦合仿真 125
6.3.1 Simplorer 基本運行界面 126
6.3.2 空載工況仿真分析 127
6.3.3 短路工況仿真分析 129
6.3.4 負載工況仿真分析 129
第7章 籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機快速電磁計算及電磁-溫度場耦合仿真 131
7.1 實例描述及仿真策略 131
7.2 RMxprt 快速建模及電磁性能計算 131
7.2.1 模型選擇及基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置 131
7.2.2 激勵及求解參數(shù)設(shè)定 137
7.2.3 電磁計算結(jié)果及特性曲線查看 138
7.3 ANSYS Maxwell 2D 有限元模型電磁場仿真分析 144
7.3.1 RMxprt 一鍵導出建模 144
7.3.2 邊界條件、激勵設(shè)置、網(wǎng)格劃分等前處理 151
7.3.3 電感及二維斜槽求解設(shè)定 156
7.3.4 求解設(shè)置及常規(guī)結(jié)果查看 157
7.3.5 氣隙磁密求取及FFT 分析 162
7.3.6 多模型多工況參數(shù)化批量求解方法 165
7.3.7 基于ACT 插件生成效率Map 圖 168
7.4 ANSYS Maxwell 3D 有限元模型電磁場仿真分析 172
7.4.1 RMxprt 一鍵導出建模 172
7.4.2 前處理及求解設(shè)置 173
7.4.3 結(jié)果輸出及后處理 177
7.5 基于Motor-CAD 的感應(yīng)電機電磁、熱分析和效率Map 圖計算 179
7.5.1 Motor-CAD 基本界面及介紹 180
7.5.2 電磁性能求解 183
7.5.3 穩(wěn)態(tài)溫升求解 188
7.5.4 瞬態(tài)溫升求解 196
7.5.5 效率Map 圖計算 198
7.5.6 路譜圖求解 201
第8章 內(nèi)置式永磁同步電機電磁-溫度-結(jié)構(gòu)多場耦合仿真 204
8.1 實例描述及仿真策略 204
8.2 RMxprt 快速建模及電磁性能計算 205
8.2.1 模型選擇及基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置 205
8.2.2 激勵及求解參數(shù)設(shè)定 208
8.2.3 電磁計算結(jié)果及特性曲線查看 208
8.3 ANSYS Maxwell 2D 有限元模型電磁場仿真分析 213
8.3.1 RMxprt 一鍵導出建模 213
8.3.2 基于UDP 的永磁同步電機Maxwell 2D 幾何建模 213
8.3.3 空載工況氣隙磁場及空載感應(yīng)電勢諧波提取 224
8.3.4 空載齒槽轉(zhuǎn)矩的計算 228
8.3.5 帶載工況下電磁轉(zhuǎn)矩、功率計算方法及磁場分析 229
8.3.6 交直軸電流、電感、磁鏈計算 231
8.3.7 基于參數(shù)化掃描的電機轉(zhuǎn)矩-功角特性曲線 233
8.3.8 基于參數(shù)化掃描的空載反電勢-轉(zhuǎn)速特性曲線 236
8.3.9 基于參數(shù)化掃描的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸對電機性能影響分析 238
8.3.10 基于ACT 插件生成效率Map 圖 243
8.3.11 永磁體抗退磁能力模擬計算 246
8.4 ANSYS optiSLang 模塊在永磁同步電機優(yōu)化的應(yīng)用 250
8.4.1 ANSYS optiSLang 模塊介紹 250
8.4.2 基于Workbench 平臺的Maxwell 參數(shù)化模型建立 251
8.4.3 基于optiSLang 和Workbench 平臺的電機參數(shù)靈敏度分析 255
8.4.4 基于optiSLang 和Workbench 平臺的電機多目標優(yōu)化設(shè)計 259
8.5 基于Maxwell-Fluent 的永磁同步電機電磁-熱耦合仿真方法 263
8.5.1 電磁-熱耦合仿真模型的建立 263
8.5.2 Maxwell 2D 電磁場損耗求解 264
8.5.3 流體場模型導入和剖分設(shè)置 265
8.5.4 氣隙的等效處理及其熱導率的計算 268
8.5.5 定子繞組、漆膜及槽絕緣層熱導率等效、裝配間隙熱阻等效 269
8.5.6 Fluent 3D 仿真計算設(shè)置 272
8.5.7 計算結(jié)果及后處理 278
8.6 基于Workbench 永磁同步電機振動噪聲特性多物理場耦合仿真 279
8.6.1 電機振動噪聲的產(chǎn)生方式及分類 279
8.6.2 振動和噪聲特性多物理場仿真流程 281
8.6.3 電磁場定子齒部電磁力密求解方法 282
8.6.4 電機結(jié)構(gòu)場模態(tài)求解方法 287
8.6.5 電機在多轉(zhuǎn)速范圍、峰值功率運行時電磁振動特性仿真 294
8.6.6 電機在多轉(zhuǎn)速范圍、峰值功率運行時電磁噪聲特性仿真 300
第9章 雙邊直線感應(yīng)電機ANSYS Maxwell 2D/3D 電磁場仿真 306
9.1 實例描述及仿真策略 306
9.2 ANSYS Maxwell 2D 瞬態(tài)場有限元仿真分析 307
9.2.1 基本模型繪制 307
9.2.2 特殊邊界條件在模型簡化上的應(yīng)用 309
9.2.3 材料、網(wǎng)格等前處理 310
9.2.4 定子法向力等自定義監(jiān)測參數(shù)設(shè)定 313
9.2.5 常見直線電機曲線生成 313
9.2.6 自定義定子法向力分析 314
9.2.7 氣隙磁場、次級電密的縱向分布提取 314
9.2.8 場處理器自定義場量輸出 315
9.2.9 參數(shù)化處理在結(jié)構(gòu)優(yōu)化上的應(yīng)用 315
9.3 ANSYS Maxwell 2D 渦流場有限元仿真分析 317
9.3.1 激勵設(shè)置 317
9.3.2 求解設(shè)置 318
9.3.3 求解結(jié)果 320
9.4 ANSYS Maxwell 3D 瞬態(tài)場有限元仿真分析 322
9.4.1 3D 模型建立 322
9.4.2 定子繞組 328
9.4.3 完整電機模型繪制 330
9.4.4 材料、網(wǎng)格等前處理 332
9.4.5 自定義定子法向力監(jiān)測參數(shù)設(shè)定 340
9.4.6 仿真分析設(shè)置 340
9.4.7 參數(shù)化仿真設(shè)置 341
9.4.8 氣隙及次級板電磁場的橫縱向分布提取 341
9.4.9 常見直線電機特性曲線 343
參考文獻 346
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