有限元法作業(yè)

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1、考核科目：有限元法程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用題目：數(shù)值分析方法在電機(jī)磁場分析中的應(yīng)用永磁電機(jī)磁場有限元分析數(shù)值分析方法在電機(jī)磁場分析中的應(yīng)用有限元法作為一種強(qiáng)有力的工程分析方法被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、船舶、壓力容器、核能、生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。對于機(jī)電工程領(lǐng)域，有限元法同樣極為重要，在各類機(jī)械設(shè)計(jì)分析、機(jī)械和電子工程問題定量分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)中有限元是最主要的數(shù)值方法，并且無一例外地是構(gòu)成各種先進(jìn)、有效的計(jì)算軟件包的基礎(chǔ)。目前，有限元分析己成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。在機(jī)電工程中，電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用是極

2、為重要的一環(huán)，幾乎所有的機(jī)電產(chǎn)品都設(shè)計(jì)到電機(jī)的應(yīng)用。電機(jī)不僅是工業(yè)自動化的源動力，而且是人類現(xiàn)代化動力支柱極重要之一，所以電機(jī)的設(shè)計(jì)和工業(yè)現(xiàn)代化息息相關(guān)。而電機(jī)設(shè)計(jì)與制造一個(gè)極重要的環(huán)節(jié)就是電機(jī)電磁場的分析和應(yīng)用。磁場的穩(wěn)定、強(qiáng)度、分布等直接關(guān)系到電機(jī)的設(shè)計(jì)和性能。而且在實(shí)際應(yīng)用中，由于電機(jī)設(shè)計(jì)缺陷而導(dǎo)致的工業(yè)事故也是頻頻發(fā)生。&PP3v-xB!K??但是鑒于電磁場問題的復(fù)雜性，即各類電磁裝置在其結(jié)構(gòu)、幾何形狀以及材料性質(zhì)變化上的復(fù)雜性，使得我們需要解決的電磁場問題的規(guī)模越來越大、難度越來越深。而有限元法是目

3、前電氣工程中解決電磁場邊值問題的強(qiáng)有力手段，它有效地解決了電磁場計(jì)算中的通用性與精確性的問題，在工程中獲得了廣泛應(yīng)用。??研究電機(jī)暫態(tài)行為的最有效方法之一便是時(shí)步有限元法早在上世紀(jì)70年代初期P.Sylvester和M.V.K.Chari就把有限元法引入到電磁計(jì)算中這是電磁場數(shù)值分析中的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。有限元法以變分原理為基礎(chǔ)，用剖分插值的辦法建立各自由度間的相互關(guān)系，把二次泛函的極值問題轉(zhuǎn)化為一組多元代數(shù)方程組來求解。它能使復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜邊界情況的邊值問題得到解答。近20年，由于數(shù)值處理技術(shù)的提高，例如采用不完

4、全Cholesky分解法、ICCG法、自適應(yīng)網(wǎng)格剖分等方法，使得有限元法在電磁場數(shù)值計(jì)算中，越來越占據(jù)主導(dǎo)地位。特別是80年代末以來，國際上對三維渦流磁場的表述、規(guī)范和唯一性等問題，從理論到實(shí)際計(jì)算，均已得到較為圓滿的解決。目前，有限元法己設(shè)計(jì)到瞬態(tài)渦流場、非線性渦流磁場以及非線性瞬態(tài)渦流磁場的計(jì)算。目前有限元法作為一種強(qiáng)有力的數(shù)值分析方法，在電氣工程領(lǐng)域己經(jīng)成為各種電磁場、電磁波工程問題定量分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的主導(dǎo)數(shù)值計(jì)算方法:有限元分析己成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，有限元分析軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)在理論上和實(shí)

5、踐上都具有重要的意義。因此有限元分析法師研究電機(jī)最有效方法之一，它可以充分考慮影響電機(jī)性能的各種因數(shù)，如：齒槽效應(yīng)、斜槽效應(yīng)、飽和效應(yīng)、渦流磁效應(yīng)等，具有較高的計(jì)算精度。但是，目前的有限元法在處理定子與轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動時(shí)，存在效率不高，前處理程序復(fù)雜，或?qū)W(wǎng)格單元密度要求較高，低速時(shí)時(shí)間步長較大，或矩陣條件數(shù)變差等問題。所以有待于進(jìn)一步的開發(fā)和完善有限元分析法在電機(jī)磁場分析方面的技術(shù)和理論。使得有限元數(shù)值分析法在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用的分析中發(fā)揮更強(qiáng)大的作用。永磁電機(jī)磁場有限元分析摘　要:基于電機(jī)的CAD模型。在通

6、用有限元分析軟件環(huán)境下,建立了相應(yīng)的有限元模型并進(jìn)行了仿真?；谟邢拊治鲕浖嗀NSYS,采用二維磁場有限元分析方法,對開關(guān)磁阻電動機(jī)的磁場分布、靜態(tài)特性等進(jìn)行了計(jì)算。關(guān)鍵詞:電機(jī);有限元法;電磁場分析0引言利用電機(jī)電磁場理論和有限元法進(jìn)行開關(guān)磁阻電動機(jī)磁場分析與計(jì)算,在此研究中占據(jù)十分重要的地位,它是整個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行性能分析的基礎(chǔ)。本文以現(xiàn)有永磁直驅(qū)電機(jī)樣機(jī)為例,采用有限元法對此電機(jī)內(nèi)部電磁場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,較為詳細(xì)地分析了該電機(jī)的磁場分布特征,為今后優(yōu)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)提供了可靠的理論依據(jù)。1理論依據(jù)及計(jì)算流程本文

7、采用有限元法對所研制的樣機(jī)進(jìn)行建模和網(wǎng)格劃分。電機(jī)電磁場分析以麥克斯韋電磁場方程組為基礎(chǔ),利用ANSYS軟件進(jìn)行電磁場分析時(shí),也同樣以此為基礎(chǔ)。麥克斯韋—安培定律法拉第定律磁場高斯定律電機(jī)計(jì)算區(qū)域選取的是垂直于電機(jī)軸的平行平面場,此時(shí)電流密度和磁矢位只有Z軸方向的分量,所以采用矢量磁位求解。對電機(jī)做如下假設(shè):(1)采用二維磁場模擬實(shí)際磁場,選用MSK國際單位制,直角坐標(biāo)系;(2)不計(jì)交變磁場在導(dǎo)電材料中的渦流反應(yīng),因此永磁同步發(fā)電機(jī)的磁場可作為非線性穩(wěn)定磁場來處理;(3)忽略裝配誤差;(4)鐵心里的磁導(dǎo)率是各向同

8、性的。在以上假設(shè)的前提下,得到下列非線性泊松方程和邊界條件:式中:υ磁阻率,υ=1/μ;μ磁導(dǎo)率;磁矢位;J等效面電流密度(5)本文分析電機(jī)主要參數(shù)如下:額定功率pw=1.5MW,f=50Hz,電機(jī)的極對數(shù)p=2,定子額定電壓=690V，定子轉(zhuǎn)子槽數(shù)比為72/96，定子采用雙層疊繞組,采用短距繞組,并聯(lián)支路數(shù)為Y形連接。電機(jī)結(jié)構(gòu)剖面如圖1所示。圖1電機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖2電機(jī)模型