《ANSYS电磁场分析指南 第十三章 电场分析》.doc

第十三章 电场分析 13.1 电场分析简介 　　电场分析就是要计算导电系统或电容系统中的电场，需要计算的典型物理量为： 　　　　·　电场　　 　　　　·　电流密度 　　　　·　电荷密度 　　　　·　传导焦耳热 电场分析在工程设计中有广泛应用：汇流条、保险丝、传输线等。 很多情况下，先进行电流传导分析，或者同时进行热分析，以确定因焦耳热而导致的温度分布。也可以在电流传导分析之后直接进行磁场分析以确定电流产生的磁场。有关这方面的内容请参见《ANSYS 耦合场分析指南》。本章只讲单纯的电场分析，主要是稳态电流传导分析、静电场分析和电路分析。 进行电流传递分析要求ANSYS/Multiphysics或者ANSYS/Emag模块。这两个模块还可以进行静电场和电路分析。 ANSYS以泊松方程为静电场分析的基础。参见《ANSYS理论手册》。主要的未知量（节点自由度）是标量电位(电压)。其他物理量由节点电位导出。 13.2 电场分析要用到的单元 表1 传导杆单元 单元 维数 形状或特性 自由度 LINK68 3-D 单轴，2节点 温度和电压 表 2 2-D实体单元 单元 维数 形状或特性 自由度 PLANE67 2-D 四边形，4节点 温度和电压 PLANE121 2-D 四边形，8节点 电压 表 3 3-D实体单元 单元 维数 形状或特性 自由度 使用注意 SOLID5 3-D 六面体,8节点 每个节点6个自由度; 可以是位移、温度、电压、磁标量位 可用作热－电耦合单元或作为电－磁耦合场单元 SOLID69 3-D 六面体,8节点 节点温度、电压 可用作热－电耦合单元 SOLID98 3-D 四面体,10节点 每个节点6个自由度; 可以是位移、温度、电压、磁标量位 可用作热－电耦合单元或作为电－磁耦合场单元 SOLID122 3-D 六面体,20节点 电压 SOLID123 3-D 四面体,10节点 电压 表 4 壳单元 单元 维数 形状或特性 自由度 SHELL157 3-D 四边形壳，4节点 温度和电压 表 5 特殊单元 单元 维数 形状或特性 自由度 MATRIX50 无(超单元) 根据结构中包括的单元确定 根据包含的单元类型决定 INFIN110 2-D 4或8节点 每节点一个，可以是磁矢量位、温度、电压 INFIN111 3-D 六面体, 8 或20节点 AX, AY, AZ磁矢量位、温度、标量电位或标量磁位 表 6 通用电路单元 单元 维数 形状或特性 自由度 CIRCU124 无 通用电路单元，最多可6节点 每节点三个；可以是电势、电流或电动势降 13.3 单元兼容性 有限元模型中可能含带电压自由度的单元，这些单元需要相应的反作用力。见下表。 表7 带电压自由度单元的反作用力 Element KEYOPT (1) DOFs Material Property Input for VOLT DOF Reaction Force PLANE67 N/A TEMP, VOLT RSVX, RSVY Electric Current Flabel=AMPS LINK68 N/A TEMP, VOLT RSVX Electric Current Flabel=AMPS SOLID69 N/A TEMP, VOLT RSVX, RSVY, RSVZ Electric Current Flabel=AMPS SHELL157 N/A TEMP, VOLT RSVX, RSVY Electric Current Flabel=AMPS PLANE53 1 VOLT, AZ RSVX, RSVY Electric Current Flabel=AMPS SOLID97 1 AX ,AY, AX, VOLT RSVX, RSVY, RSVZ Electric Current Flabel=AMPS 4 AX, AY, AZ, VOLT, CURR SOLID117 1 AZ,VOLT RSVX, RSVY, RSVZ Electric Current Flabel=AMPS PLANE121 N/A VOLT PERX, PERY Electric Charge Flabel=CHRG SOLID122 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Electric Charge Flabel=CHRG SOLID123 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Electric Charge Flabel=CHRG SOLID127 N/A VOLT PERX, PERY, PERZ Electric Charge Flabel=CHRG