電機電磁場有限元分析

2016-03-12 by:CAE仿真在線來源:互聯網

電機電磁場有限元分析

電機電磁場是工程領域中所遇電磁場的一種,電磁場問題的理論基礎是Maxwell方程組,各種電磁場問題均可等價于數學領域中偏微分方程的初、邊值問題。

電機電磁場所包含的類型很多,如按場源是否隨時間變化可分為穩態場與時變場;按求解區域的媒介線性與否可分為線性、非線性問題;按電磁場位函數的維數可分為一維、二維、三維問題。就從電機電磁場分布區域來看,也有氣隙磁場、端部磁場、鐵心磁場、電樞導線渦流場等;從理論上講,用數值方法可以解決上述問題,但實際工程應用中,即使是基本的二維穩態電機電磁場問題,電機設計者也較少從場的觀點出發,采用有限元或其它數值法進行求解,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值法求解電機電磁場問題,則設計者本身至少要精通該數值方法的理論及過程、相應的計算機程序語言及數據結構、輸入數據文件的建立,有時還要進行必要的程序修改、編譯等;其二,設計者在數值計算前,由于數據前處理過程單調、數據量浩繁,其工作量約占整個有限元分析工作量的80%,因此,電機電磁場數值計算的工程應用研究已經提到較重要的位置,即如何從電機設計者角度出發,將較成熟的求解電機電磁場的數值算法如有限元法在過程上通用化,操作上簡捷化,數據管理上自動化,讓電機設計者真正將有限

元法作為一種求解電機電磁場的通用工具,正如會使用計算器的人,并非必須了解其工作原理、機器語言、數碼顯示等。

由于有限元理論已比較完備,相應的計算方法及軟件已在工程領域中作為分析計算的工具,因此,電機設計人員更關心如何應用有限元法來分析計算電機電磁場,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行以前,針對某一具體問題所必須的所有數據的準備工作。就電機電磁場而言,它主要包括求解區域的確定、幾何模型描述、區域網格剖分、節點、單元編號及優化、各種信息數據生成等。

2、有限元后處理:進行電機電磁場有限元分析的目的,是讓電機設計者對電機磁場有清晰直觀的認識,而有限元法作為一種數值算法,其分析計算的結果因數據浩繁,不便分析評價。將這些數據轉換成工程領域所熟悉的各種圖、曲線、表格等對工程分析及設計評價是很必要的,這就要用到有限元后處理。

目前有限元分析系統(前處理、有限元求解、后處理)發展的總趨勢是與CAD系統集成化,以形成設計、計算、優化、分析、繪圖的集成化軟件系統,國際上較著名的有限元軟件系統有FELAC等。

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