《ANSYS电磁场分析》

《ANSYS电磁场分析》以最新版本的ANSYS 13.0为蓝本，由浅入深、循序渐进地介绍ANSYS 13.0中电磁及耦合场分析知识，包括ANSYS概述，结构场分析，建立电磁场有限元模型，电磁场实体建模，网格化有限元模型的建立、求解和结果查看，耦合场分析，综合工程实例等知识。全书以图解的方式，通过基础知识和实例训练相结合的方式，讲解从建模到求解查看结果的基本知识和方法技巧，最后以综合实例的方式进一步向读者介绍常见电磁及耦合场分析的操作方法和操作技巧。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可应用于众多工业领域，如航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。该软件提供了100种以上的单元类型，用于模拟工程中的各种结构和材料。

第1章 ANSYS概述 1
1.1 ANSYS概况及发展历史 1
1.1.1 ANSYS概况 1
1.1.2 ANSYS分析类型 2
1.1.3 软件组成 3
1.1.4 ANSYS历史介绍 4
1.2 ANSYS 13.0系统配置要求与安装 7
1.2.1 ANSYS 13.0系统配置要求 8
1.2.2 ANSYS 13.0安装 8
1.3 有限元法简介 9
1.3.1 有限元法分析计算的思路和做法 9
1.3.2 有限元分析的基本步骤 10
1.3.3 有限元的发展概况 11
实例1-1 两端固定杆件受力分析 11
1.3.4 有限元系统基本构成 13
1.4 启动ANSYS 14
1.5 ANSYS工作界面 15
1.5.1 ANSYS输出窗口 15
1.5.2 ANSYS主窗口 16
1.5.3 ANSYS主菜单 16
1.5.4 ANSYS状态栏 18
1.5.5 ANSYS命令输入窗口 18
1.5.6 ANSYS图形显示窗口 19
1.5.7 ANSYS工具栏 19
1.5.8 ANSYS图像控制按钮 19
1.6 ANSYS架构 20
1.6.1 ANSYS架构简介 20
1.6.2 有关操作 21
1.7 ANSYS文件 23
1.7.1 ANSYS文件简介 23
1.7.2 文件操作 24
1.8 ANSYS与CAD软件接口 25
1.9 怎样学习ANSYS 26
1.10 入门引例——正方形电流环分析 26
1.10.1 问题描述 26
1.10.2 GUI操作 27
1.10.3 命令流操作 41

第2章 结构场分析 43
2.1 为什么先学习结构场分析 43
2.2 建立有限元模型 44
2.2.1 有限元模型简介 44
2.2.2 定义工作名称和分析标题 44
2.2.3 定义单位 47
2.2.4 定义单元类型 47
2.2.5 定义实常数 49
2.2.6 定义材料属性 51
实例2-1 定义单元类型，材料属性 52
2.2.7 建立有限元模型——直接建模 57
实例2-2 两端固定杆件建模 61
2.2.8 建立有限元模型——实体建模 70
2.3 划分网格 73
2.3.1 网格控制 73
2.3.2 网格产生 77
2.4 加载负载 78
2.4.1 负载类型 78
2.4.2 施加负载 79
实例2-3 悬臂梁网格划分和施加载荷 81
2.5 求解 89
2.6 后处理器 90
实例2-4 两端固定杆件求解及结果查看 90
2.7 分析报告概述 96
实例2-5 梁应力及变形分析 96
实例2-6 矩形平板受力变形分析 104

第3章 建立电磁场有限元模型 111
3.1 坐标系 111
3.1.1 坐标系简介 112
3.1.2 总体坐标系和局部坐标系 112
3.2 节点操作 115
3.2.1 节点的删除 115
3.2.2 节点的其他生成方法 116
实例3-1 二维平行板电容节点的生成 118
实例3-2 永磁铁回路节点的生成 122
3.2.3 节点选取 127
3.3 单元操作 128
3.3.1 单元复制 128
3.3.2 显示编号 129
3.3.3 单元属性 129
3.4 负载定义 130
3.4.1 磁场负载 130
3.4.2 电场负载 131
实例3-3 建立二维平行板电容的单元，设定负载 132
实例3-4 建立永磁铁回路的单元，设定负载 135
3.5 求解和后处理器 140
3.5.1 电场和磁场求解 140
3.5.2 后处理器 141
实例3-5 二维平行板电容的求解，查看结果 144
实例3-6 永磁铁回路的求解，查看结果 147
3.6 综合实例 151
实例3-7 二维平行板电容 151
实例3-8 正方形磁铁回路 159

第4章 电磁场实体建模 170
4.1 实体建模简介 170
4.1.1 自底向上建模 171
4.1.2 自顶向下建模 171
4.1.3 使用布尔操作 171
4.1.4 拖拽和旋转操作 172
4.1.5 移动和复制操作 172
4.2 工作平面 172
4.2.1 创建工作平面 173
4.2.2 移动工作平面 173
4.2.3 旋转工作平面 173
4.3 群组命令介绍 174
4.4 自底向上建模 174
4.4.1 关键点 175
4.4.2 硬点 177
4.4.3 线 178
实例4-1 马蹄形磁铁建模 180
4.4.4 面 184
4.4.5 体 185
实例4-2 平行板电容建模 185
4.5 自顶向下建模 189
4.5.1 定义矩形或六面体 189
4.5.2 定义环形面和柱 191
4.6 布尔操作 193
4.6.1 布尔操作设置 193
4.6.2 相交 193
4.6.3 相加 195
4.6.4 相减 195
4.6.5 重合 198
4.6.6 黏结 199
实例4-3 自顶向下建模 199
4.7 综合实例 201
实例4-4 二维螺线管制动器建模 201
实例4-5 静电驱动梳建模 204

第5章 网格化有限元模型的建立 208
5.1 网格种类 208
5.2 设定单元属性 209
5.2.1 建立单元属性表 209
5.2.2 赋予单元属性 209
5.3 网格控制 210
5.3.1 单元形状 211
5.3.2 选择网格类型 212
实例5-1 使用“MeshTool”进行网格控制 212
5.3.3 自由网格单元大小高级设置方法 214
5.3.4 映射网格默认单元大小 217
实例5-2 带小孔矩形网格划分控制 218
5.3.5 局部网格控制 222
5.3.6 内部网格控制 224
5.3.7 网格控制优先级 225
5.4 自由网格和映射网格控制 225
5.4.1 面的映射网格划分 225
5.4.2 体的映射网格划分 229
实例5-3 正五边形网格划分 229
5.5 划分实体模型 232
5.5.1 产生点单元 232
5.5.2 产生线单元 232
5.5.3 产生面单元 233
5.5.4 产生体单元 233
5.6 划分网格注意事项 233
5.6.1 避免尖锐角度 233
5.6.2 避免剧烈网格渐变 234
5.7 综合实例 234
实例5-4 划分铜导体模型网格 234
实例5-5 划分双导线系统网格 238

第6章 求解和结果查看 244
6.1 ANSYS电磁场求解及结果查看概述 245
6.2 磁场负载 245
6.2.1 永磁铁 245
6.2.2 矢量磁位 246
6.2.3 磁场激励 247
6.2.4 磁场标识 248
6.2.5 麦克斯韦面（MXWF） 249
6.2.6 磁虚位移（MVDI） 249
实例6-1 永磁铁建模和加载 250
6.3 电场负载 257
6.3.1 电流（AMPS） 257
6.3.2 电压（VOLT） 258
6.3.3 电荷（CHRG） 258
6.3.4 表面电荷密度（CHRGS） 258
6.3.5 无限表面标识（INF） 259
实例6-2 二维带小孔平行板电容 259
6.4 求解 263
6.4.1 选择求解方法 263
6.4.2 开始求解 264
6.5 查看结果 265
6.5.1 结果查看通用方法 265
实例6-3 二维带小孔平行板电容求解和查看结果 270
6.5.2 磁场力 273
6.5.3 查看磁场力矩 275
实例6-4 永磁铁求解和查看结果 275
6.5.4 从多导体系统中提取电导率 279
6.5.5 静电场力 280
实例6-5 电导率计算 280
6.6 综合实例 283
实例6-6 三维带孔电容 283
实例6-7 双导线系统 289

第7章 耦合场分析 293
7.1 耦合场分析类型 293
7.1.1 直接耦合法 294
7.1.2 载荷转移法 294
7.1.3 ANSYS分析类型 294
7.2 多步载荷 296
7.3 直接耦合法 299
7.3.1 使用的单元 299
7.3.2 直接耦合法分析类型 299
实例7-1 静电驱动结构 300
7.4 多场求解法 308
7.4.1 建立场模型 308
7.4.2 标识场界面条件 308
7.4.3 场求解 309
实例7-2 静电力驱动悬臂梁 313
7.5 载荷转移耦合物理场分析 326
7.5.1 物理场环境 326
7.5.2 求解方法 326
7.5.3 使用多物理场环境求解 327
7.6 综合实例 327
实例7-3 带孔半圆壳热电耦合分析 327
实例7-4 微机电系统分析 332

第8章 综合工程实例 340
8.1 工程实例1——电致弹性分析 340
8.1.1 GUI操作 340
8.1.2 命令流操作 345
8.2 工程实例2——二维螺线管制动器 347
8.2.1 GUI操作 348
8.2.2 命令流操作 355
8.3 工程实例3——屏蔽微带传输线 358
8.3.1 GUI操作 359
8.3.2 命令流操作 365
8.4 工程实例4——梳状驱动器 367
8.4.1 GUI操作 367
8.4.2 命令流操作 375
8.5 工程实例5——带电导体球周围电场分布 379
8.5.1 GUI操作 380
8.5.2 命令流操作 386