为什么要做有限元仿真？

sluden

我是做直流小电机的，有限元仿真这块刚刚接触，现在在学习maxwell，最近算是学了些皮毛，然后有个疑问，想询问下坛里的各位大神。
我们之前设计电机用的是一个excel编写的程序，基本上直流小电机都能算，精度还可以。最近领导让接触有限元仿真，于是我选了maxwell，然后自学。
现在算是学了一段时间，发现了一些问题，我用RM设计的电机貌似还没有excel程序的精度高。然后做仿真，仿真出来的东西确实是更直观一些（先不说误差大，误差大可能是我软件应用的问题），但单就这个仿真结果来讲，除了更直观外 其结果数据我们之前也能算的出来，找不到maxwell仿真的必要性。
所以我最近有些疑惑，就是不清楚做有限元仿真的必要性，以及它的优势。望有大神回答这个问题，感激不尽。

sun137586

你做的直流小电机是有刷的还是无刷的？Rm计算的确不太靠谱，不过用2D有限元分析还是比较准确的。

sluden

sun137586 发表于 2015-7-31 08:49
你做的直流小电机是有刷的还是无刷的？Rm计算的确不太靠谱，不过用2D有限元分析还是比较准确的。

有刷的。2d还可以，但之前我们自己编的程序也能做，不知道这个大软件相比有什么优点，因为考虑到以后公司买正版软件，所以想了解一下。

sun137586

我以前也是做有刷的，也是用路算，有刷的ansoft不怎么用。现在做无刷的，ansoft还是很有用的，可以仿真齿槽转矩优化，极弧系数优化等，路算就没法做这些优化。

sluden

sun137586 发表于 2015-7-31 09:15
我以前也是做有刷的，也是用路算，有刷的ansoft不怎么用。现在做无刷的，ansoft还是很有用的，可以仿真齿槽 ...

这两点之前确实不能优化，感谢回答!  不过，话说有刷电机的仿真资料真的很少，自学好累{:soso_e143:}

sun137586

有刷电机有限元仿真是比较麻烦，好像我以前做有刷电机基本没考虑过齿槽转矩，做瞬态场仿真这个电路真不好弄，只做静态场的，没多大实际意义。

sluden

sun137586 发表于 2015-7-31 14:41
有刷电机有限元仿真是比较麻烦，好像我以前做有刷电机基本没考虑过齿槽转矩，做瞬态场仿真这个电路真不好弄 ...

我刚学，好多东西不懂，慢慢熟悉{:soso_e130:}

liuxiaotian

这就是理念的不同了  用工程化的语言以及设计规范中的公式进行的是简化计算
能获得比较完整全面的性能结果 但是这种工程化的算法是有着很大局限性的
尤其是细节信息以及特殊结构时 简单的套公式可能超出适应范围或者求不出相近的结果
使用有限元法是吧问题整体考虑 可以对更多的细节 更全面的影响进行分析与预测
算法精度上多少都有差异 毕竟有限元是一种近似计算 但是即使是近似 大部分时候精度还是可以的
还有是 使用工程算法是设计计算中的步骤 如何校验设计参数与性能是否达标
有实验的方法 也有数值模拟的方法
这是验证性计算的过程 还有就是 使用工程化的算法一般是稳态的 静止的状况
极少有专门计算某过程的产品性能的算法 而有限元可以通过瞬态等分析
查看某现象发生 发展的规律 可以更加深入全面的了解和预测实际状况
当然 CAE本身的英文中 需要关注的是 A  辅助这个词  也就是要在合理的设计基础上
运用数值算法 来帮助设计更好的产品 而不是决定如何设计
毕竟有限元不能预测材料属性只能根据材料属性
计算实际响应 另外 使用工程算法一般来说在计算过程中的认为因素较小
公式取值之间一般都是定式
而有限元由于严格根据操作者的理解与方式去运作
十分依赖人的智商、经验、知识和良知 这也是一个特别的地方

sluden

liuxiaotian 发表于 2015-8-5 18:17
这就是理念的不同了  用工程化的语言以及设计规范中的公式进行的是简化计算
能获得比较完整全面的性能结 ...

首先感谢回答。{:soso_e183:} 因为是刚开始接触有限元软件，做了些仿真模型，模拟的结果最初确实有些失望，感觉精度还没之前算法好。当然，之前算法也是用的时间久了，很多经验的东西加上去，有限元这些软件应该也是需要很多经验的东西加上才能有理想的精度出来。还在不断的摸索学习中，现在感觉之前算法能做的有限元基本都能做，但有些有限元能做的之前算法确实无能无力。

敦敦

有限元的基本思想是将求解域看成是由许多个称为有限元的小的互联区域联接组成，将连续系统转变为离散型结构，并通过分片场函数多项式逼近模式来实现离散化过程，然后将求解边界问题的基本原理应用于这些子区域的计算中，求解每个有限元区域，然后把各个有限元区域的结果总和起来得到整个求解域的解。其最突出的优点就是能够适应各种具有复杂不规则形状的求解域，同时保证了求解的高精度要求。
Maxwell 2D具有功能强大、计算结果精确、易于使用的特点，包括电场、静磁场、涡流场、瞬态场、温度场和应力场分析模块，可以用于分析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。
具体操作步骤你可以学习赵博的Ansoft12那本书{:soso_e121:}~

liuxiaotian

sluden 发表于 2015-8-13 14:18
首先感谢回答。 因为是刚开始接触有限元软件，做了些仿真模型，模拟的结果最初确实有些失望 ...

经验 这个确实是 尤其是写命令流
感觉从来没有一个计算 2个人写的命令流是完全一样的
多积攒资料 多看 多做 在失败中找到经验与教训吧

阿Q精神

虽然是很久了帖子了，但是人看了还是有所触动，故回复LZ相互探讨交流一下。
其实，根据LZ的叙述，LZ有两个问题在纠结
1）“我用RM设计的电机貌似还没有excel程序的精度高”
ps.这里，对比的是，两种磁路算法程序的精确度，其实，电机设计的基本理论公式全球都是大差不离的，但是，经验系数选取，可就每套程序都有所不同了，而这些经验系数，往往决定了磁路算法最终计算结果的数据；
这样，想必LZ应该明白，贵公司用了多年的excel程序，里边的经验系数选取，可能是逐渐修正过的适合自己厂家的公式，这套公式拿到同类型电机的其他厂家，计算结果可能偏差很大，这不是程序的问题，而是经验系数决定的；
说到这里，RM是一款全球通用的磁路算法程序，并且对计算内核进行了封装，用户无权修改其内部经验系数，所以，直接应用RM，计算得到的数据可能跟实测值有很大差距，这也不是程序本身的问题，相反，可能，RM在同类型电机厂家的使用中，可能要比贵公司的excel程序具有更加广泛的适用性；
不同的工具，具有不同的特性，在我们未能完全正确且熟练操作一款工具的时候，请轻易不要说哪款工具精度不高，或者算的不准。而，我们如果选择使用RM，怎么解决这个精度的问题呢？既然软件不允许用户修改内部经验系数，我们可以修改输出数据，举例说明，RM计算效率的时候，没有考虑附加损耗，而我们的习惯是考虑这个损耗，那么，RM直接输出的数据，我们是否应该按照输出的各种损耗，重新计算一下效率呢？这就是所谓的数据后处理，也就是经验系数的后处理。与此同理还有铁耗的问题，等等。当RM用在贵公司很多年，摸透了很多修正规律之后，相信，可以做到原有excel程序的效果，但是别忘了，RM电机模型库可远比原有的excel程序丰富的多喽，这，就是价值了。
2）“但单就这个仿真结果来讲，除了更直观外 其结果数据我们之前也能算的出来，找不到maxwell仿真的必要性。”
ps.这个问题，LZ后期已经找到了一部分答案，也就是“现在感觉之前算法能做的有限元基本都能做，但有些有限元能做的之前算法确实无能无力。”
首先，我说一下，第一个问题，是对比两套磁路算法程序的精度问题，而现在的问题二，是在对比，两种算法的精度以及价值问题了，即磁路算法和电磁场算法；
众所周知，磁路算法，是通过多年的经验，将复杂的电磁场问题，简化成了简单的磁路问题来解决，举例说明，当我们无法仔细考量漏磁比例的时候，根据经验加以估算，搞出一个漏磁系数来表示这个效应，比如卡氏系数，等等不胜枚举。这种工程算法，具有很强的适用性，能够快速的解决对应的问题，这也是现当代的企业大多还停留在这个阶段的原因，因为，产品类型单一，很少研发新产品或者新类型电机，在专一的产品类型上，微调一些参数，磁路算法可以解决大部分问题并且还解决的很好。
然而，对于电磁场计算，在过去，无论是软件还是硬件，都是难以实现的工程应用化的东西，大多停留在科研院所和高校使用。近年来，由于计算机硬件性价比的大幅度提高，伴随着成熟的电磁场商业软件的出现，使得电机厂家能够在合理的人力物力财力条件下，使用电磁场仿真软件来进行产品的设计开发工作了；
以maxwell为代表的电磁场仿真软件应用于新产品的开发和设计，有什么价值呢？这是LZ关注的问题。
个人有一下几个方面感触：
第一，精度。比如之前提到的，磁路算法中估计出了很多经验系数，这些系数是磁路算法的输入量，决定了计算结果，而在电磁场计算中，输入量是实际的材料属性、材料尺寸、电磁参数等，诸多的经验系数被绕过，直接求取在实际模型下实际电流下对应的电机参数，电磁场有限元仿真算法，在算法上，所做的简化远比磁路法少很多，理论上计算结果更加接近实际物理状态；
第二，通用性。根据第一点叙述，算法绕开了经验系数，相同类型电机的不同厂家，设计同一款电机，采用有限元算法出来的结果是一样的，不会出现不同的工程师不同的计算程序选取的系数不同造成的结果不同；
第三，模型多。相比于原有的excel程序只能做某种类型某个功率等级下的电机，maxwell的模型库更丰富，不同类型电机不同功率等级等等， 都可以进行仿真计算，尤其是很多新产品，当没有多年经验积累的情况下，利用有限元仿真绕开经验系数直接进行产品的设计开发，这就是价值了，对于工程师而言，这是更大的价值，原因你懂的；
第四，结果修正。任何工具都不是万能的，都需要使用者的适当修正。有限元仿真，在算法上确实优于磁路算法，但是，由于商业软件以及计算程序相关理论与实践的结合时间远远没有磁路算法时间长，故而，有限元仿真也存在修正问题，比如，有限元对于材料属性的精确度要求很高，比如，铁耗计算由于不能考了冲剪、叠压以及机械加工造成的恶化影响，有限元仿真也是一定的修正才能得到最终相对准确的计算结果，还是那句话，这不是软件本身的问题，用时间长了，找到修正经验和规律了就可以解决这个问题。
那么，大家可能要问，同样需要修正，为啥还要用有限元呢？想必大家能看得出来，虽然，同样是修正，但是，需要修正的参数数量大幅度减少了，也就是说，对于某个公司而言，需要通过经验总结的修正值数量少了，要知道，当多个经验系数影响同一个输出量的时候，即使靠多年经验积累，也很难总结出规律的，可能这也就是时代的进步步伐吧，先进的算法逐渐成熟也是需要过程的。
以上都是个人的一些看法，权当抛砖引玉，欢迎探讨补充，不喜勿喷，谢谢。。。

andyzhao

好文章，坐板凳听课

sluden

阿Q精神 发表于 2015-8-16 13:29
虽然是很久了帖子了，但是人看了还是有所触动，故回复LZ相互探讨交流一下。
其实，根据LZ的叙述，LZ有两个 ...

感谢回答，受益匪浅，版主辛苦

ls1425854658

很不错，谢谢版主

蓝蓝就蓝蓝

谢谢版主，坚定学习信念