MAXWELL瞬态3D仿真计算阻尼力遇到的问题？（附详细设置过程和程序文件）

lanjeo

说来话长，我慢慢发，大家慢慢看。这个问题纠结两个月了，一直解决不了，诡异异常。望各位赐教。

仿真模型：

工况描述：

铝块在磁体表面上方3mm处，以100mm/s的速度，沿Y轴正方向运动。求解铝块受到的与运动方向相反的电磁力大小。

原理分析：

整个过程采用瞬态仿真，设置铝块在band里面运动。根据电磁感应定律，铝块作为导体，在永磁体上方切割力线运动，会在铝块两端感应出电动势。该电动势加在铝块两端会在铝块表面产生感应电流。又根据洛伦茨力定律，通电导体在磁场内运动会产生洛伦茨力，即F=BIL。那么，根据以上原理推断，结论是，通过MAXWELL仿真，最终可以观察到铝块会产生一个沿着Y轴负方向的电磁力，即fy。

仿真结果：

磁体表面3mm处，沿着Y
Z方向的磁密By
Bz曲线如下：

图1 By 曲线


图2 Bz 曲线

结论：从磁密分布来看，Z方向会产生磁密，根据右手定则判断出电流方向以后，在根据左手定则判断出力的方向也是应该沿着Y轴方向出力。

下面是用MAXWELL仿真计算以后产生的电磁力，问题来了，所得到的电磁力与上文分析结果完全不同，求解释！！！

电磁力（也就是标题说的阻尼力）仿真结果：

图3 Fz Fy 出力曲线

问题：

从图3可以看到，本来应该产生的阻碍铝块运动的电磁力Fy竟然接近于0.
更古怪的是，竟然会有Fz的力出现。Fz的力出现，意味着铝块有一个浮力！！怎么可能？？结合试验测试可知，在Y方向有明显的阻碍力，而竖直方向上则几乎没有力。换句话说，如果上图的Fz和Fy对换数据，我觉得，仿真结果趋势至少就对了，现在这么看，不说这个力有多没规则，就单单是最核心的出力趋势都是错的。    请高手求解！！！

MAXWELL仿真设置步骤如下：

1、目录树浏览（我一共设置这几个量，是否有缺漏，望高手指教）

2、Band设置：

3、网格剖分设置：（手动设置网格，设置过程忽略）

4、时间步长（Analysis）设置

时间步长设置是根据：

运动位移为：20mm

运动速度为：100mm/s

所以，stop time=20/100=0.2s

数据采集为100个点，所以time step=0.2/100=0.002s

5、结果读取

所有的设置都这样了。不知道哪里出了问题，望高手解答，谢谢！！！还有一个问题就是，结果读取的话，我要求的那个阻碍运动的电磁力是不是就是结果显示的Force_x
Force_y
Force_z？？？我最担心的就是我对这三个力的理解有问题。

另外，我用的2D仿真结果与理论分析一致，但是一变成三维仿真就不对了。不知道是什么原因，难道是我的对这个电磁力产生的理解有偏差吗？望指教！！！

附件是源程序！！

lanjeo

本楼将贴出程序和WORD文本。

lanjeo

这个帖子的2D仿真结果在旧帖中已经讨论过了
http://bbs.simol.cn/thread-94945-1-1.html
一直没有讨论出结果。

望大家给点建议。

lanjeo

走过路过，进来看看。

yjhou

不懂ansoft，纯碎过来给你增加一下人气。

Edwin_Sun

回复 2# lanjeo

你这个模型这么小，铝块在运动过程中，所切割的磁力线几乎不变，所以里面所产生的电流也肯定是非常小的，个人感觉你所作出的结果都是不准确的，因为设置不对而产生的结果误差非常大。

我的建议是，永磁设置多块，譬如切割成很多小块，上面放置小铝块运行，你就能看到有阻尼力了～

当然我还没仿真，等下试试给你结果

lanjeo

回复 6# Edwin_Sun


    我采用一个永磁体只是希望减少计算量,我之前做的都是用永磁阵列来做的，得到的力的方向和这个防真结果一样,不说计算结果(数值大小方面)如何,就说出力方向.     

而且,我在实验室里也作过实验,就算是一个永磁体也会有阻尼力,而且还不小.方向和我防真结果不同,体现为运动方向有阻尼力,垂向则无. 而仿真结果正好相反,垂向有力,而运动方向则无.   

如果是设置问题,请教何处有误,不胜感谢!!!!!

lanjeo

继续顶起来

flyingmind

说来话长，我慢慢发，大家慢慢看。这个问题纠结两个月了，一直解决不了，诡异异常。望各位赐教。

仿真模 ...
lanjeo 发表于 2012-6-5 11:24

                               
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完全可以用2D做，你这个力算的不对，是因为涡流设置，以及求力的方式不对，具体你看看我在你2D的那个旧帖中的回复吧

flyingmind

说来话长，我慢慢发，大家慢慢看。这个问题纠结两个月了，一直解决不了，诡异异常。望各位赐教。

仿真模 ...
lanjeo 发表于 2012-6-5 11:24

                               
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呵呵，注意，这个是铝块，不是铝线圈，本身没有外部回路，所以，感应涡流只能在导体内部形成回路，这个回路与磁力线方向垂直，铝块中的涡流在回路面里是形成一个圈，而不是简单的说像导体一样，电流方向单一，也就不能你你说的BIL简单描述
至于铝块高速运动时，受到磁铁的单边磁斥力，完全是可以理解的，因为横向边端效应，就引起了这个法向力（即所谓的垂直运动方向的力）
如果有机会，你可以了解一下单边非磁性次级（铝板）的直线感应电机，肯定是要受到垂直于磁场方向的排斥力的，有一种单边型直线感应电机（次级为铝板和铁板的复合次级），电机运行到一定状态时，可以把动子部分悬浮起来，比如悬浮型的直线感应电机地铁（当然实际运行中，还需要辅助的悬浮控制装置，以保证车辆运行过程中始终悬浮）
另外，要分析某一速度下的受力情况，直接moving1.force_x或y或z就是其分量了
这个力的方向不能用简单的单根导体（有回路）的情况来判定，而是看这个铝块运动，会引起穿过其涡流回路的磁通是增加还是减少，总之这个力肯定是阻碍磁通变化的

lanjeo

回复 9# flyingmind


    我按照你在2D帖子中的建议对3D模型的设置进行了调整。

1  在Excitation中添加了 Set eddy loss选择了铝块做为目标件。


2 直接通过Moving    中自动生成的forcex  forcey  forcez求解出力，没有通过Parameters设置出力体。


更改以上设置后，仿真发现，结果依然不对。

不知道问题在哪里。

你在2D贴中提到的问题，我在2D仿真中已经更正，并且，2D仿真问题已经是解决的了。但是一变成3D结果就不对。很奇怪。

另外，为什么我要用3D来解？
因为，这个论坛上的模型只是一个简化的示例模型，完全是为了验证方法的，我这样简化模型，是因为这个模型简单，跑起来速度快。其实真正的模型是一个NS不断交替，并且沿着X Y方向扩展的永磁阵列平板，并且成特定角度放置，由于不是对称模型，所以，用2D是不能代替的。望理解。

希望你能帮忙看看3D的这个设置 ，2楼附件里面有3D模型的程序

拜托~~！！

lanjeo

回复 10# flyingmind


    bingo。我现在做的就是单边磁浮电机。汗了~！果然是高人。你说就到点子上了。


就因为这样，现在线圈要用水冷，水冷板要用金属，而且，离开磁阵列就0.3mm。所以，单线圈和这个水冷板一起告诉在水平面上运动时，就完全有可能产生阻尼力。而且，很大，我现在就是要算这个力。

你说的不无道理。我们刚开始也是这样想的。

后来，磁阵列做成后，我们拿铝板在其表面运动，明显在运动方向上有较大的阻尼力，但是垂向的阻尼力不明显，因为，垂向的力主要由BX  BY产生，但是正如附件中的模型，BX BY的磁密很小，要产生较大的阻尼力基本不可能。这一想法从2D中就可以验证得到。通过2D仿真，得到与实验比较接近的出力大小，并且是沿着运动方向的。可是为何一但转为3D，连出力方向也变了呢？？？

另外强调一下，我也用线圈做过类是的仿真，就是把这个巨型铝块中心挖空，变成环状，但是出力方向还是不对。郁闷。后来才变成直接用巨型块做的。

诡异

flyingmind

回复  flyingmind


    bingo。我现在做的就是单边磁浮电机。汗了~！果然是高人。你说就到点子上了。
...
lanjeo 发表于 2012-6-7 10:24

                               
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力的方向与运动方向相反，我把你上面的3D转化为2D分析是没有问题的
目前正在分析你这个3D，3D分析，尤其瞬态，剖分太关键了，你这个里面的剖分根本就不合理，那如何能期待能得到正确的结果？
呵呵，3D分析不是那么好玩的，剖分控制不好，3D免谈

lanjeo

回复 13# flyingmind


看到你的回复总算看到了曙光。

诚如您所说的，该模型在2D下是正确的，现在核心问题就是3D模型仿真不对。

你提出一个突破口，提到网格剖分的控制，青椒一下，我上传的这个模型，网格剖分不合理怎么说？是剖分的不够密集还是？？？

如果用静态下的自适应剖分，然后转到3D下跑瞬态，不知道这样可行否？

或者说，我在将该模型细化，不知道可行否？

望赐教！！！！

flyingmind

不好意思，刚才网络不太好，我想先发一串字符，然后慢慢编辑的

这个是我加密后的结果
Fx<0.6mN
Fy、Fz方向均为负，大概3mN左右
涡流分析，要求气隙剖分最好3层以上。涡流体本身最好也是要密一些。
另外瞬态分析的band里也是需要加密的。另外你这个例子的永磁体磁路是暴露在空气中的，相当于开路（磁路开路），永磁体周围在较大的一个范围内，网格剖分也是要控制的
最后，瞬态仿真的时间步长，可能也会对仿真有影响。
这些你都可以验证一下

lanjeo

回复 15# flyingmind


    呵呵。咋啦？？？

哪里有问题？？

网格控制确实是需要经验，小弟出来炸道，有小白问题，还请谅解。

flyingmind

回复  flyingmind


    呵呵。咋啦？？？

哪里有问题？？

网格控制确实是需要经验，小弟出来炸道 ...
lanjeo 发表于 2012-6-7 13:52

                               
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我把上面的回复重新编辑了

lanjeo

回复 15# flyingmind


    我刚才回去又按照另外一个网格剖分办法重新作了一遍，就是先将该模型复制一份，在静态场下用自适应剖分剖分一次，在静态场下查看模型收敛情况很好。  在通过瞬态下将静态时的网格导入。计算结果还是不对，其中Fz  Fy 指均为正。  Fx为负。 Fz值还是大很多。郁闷。


我这会在按照你的提示做一遍，看看结果如何，一会上来反馈信息。

PS：帖子中说涡流计算气隙剖分要三层以上，这个怎么理解？这个气隙是指的永磁体表面到铝块表面的气隙高度吗？？另外，BAND的划分也要用 On Selection---based on skin划分吗？还是说直接用 Inside Selection即可？

flyingmind

静态网格导入，明显是不合适的，静态的话，涡流没考虑了
涡流场分析，自适应网格，又没法加永磁体
所以挺麻烦
我上面那张图对应整个模型的网格为628349个，用一台服务器算的，所以结果还算靠谱，Fz和Fy均为负差不多，Fx为正，比较小
你再试试看，3D确实不好玩，呵呵，所以在能简化时，尽量简化为2D，实在不行，至少能找到对成性，将3D模型变为1/2、甚至1/4、。。。。。。
计算以前搞3D，参数化分析，总共25个，算了半个月，不过那时计算机只是双核2.6G+4G内存。

lanjeo

回复 19# flyingmind


    我这会正在跑。等看结果。机子卡。

问下，你提到的，气隙分层剖分能否解释下？？一直没明白这个分层剖分是什么意思呀。求指导。