《电磁场有限元分析》课件.pptVIP

*******************电磁场有限元分析课程简介1电磁场理论基础深入理解电磁场基本概念和麦克斯韦方程组。2有限元方法介绍掌握有限元方法的基本原理和应用步骤。3实际应用案例分析通过案例分析，了解有限元方法在电磁场分析中的应用。4ANSYS软件使用学习使用ANSYS软件进行电磁场分析。电磁场基本理论电场电场是由静止或运动的电荷产生的力场。它以电场强度和电势来描述。磁场磁场是由运动电荷产生的力场。它以磁感应强度和磁通量来描述。电磁场电场和磁场相互影响，形成电磁场。它可以用麦克斯韦方程组来描述。麦克斯韦方程组电场描述电场和磁场之间的关系，以及它们如何随时间变化。磁场描述磁场和电场之间的关系，以及它们如何随时间变化。电磁波描述电磁波的传播速度和方向。电导、电容和电阻电导材料的电导率衡量其传导电流的能力。电容电容是衡量一个物体储存电荷的能力。电阻电阻是衡量材料阻止电流流动的能力。磁导、电感和磁通量磁导磁导率是材料对磁场的抵抗能力。磁导率越高，材料对磁场的抵抗能力越强。电感电感是指电路中电流通路改变时，由于磁场变化产生的感应电动势的大小。磁通量磁通量是指穿过一个闭合曲面的磁力线数量，它反映了磁场的强弱。边界条件和初始条件1边界条件定义了电磁场在边界上的行为。例如，在完美导体表面，电场垂直于表面。2初始条件描述了电磁场在初始时刻的分布。例如，在电容器充电过程中，初始电场为零。3边界条件和初始条件的准确性对有限元分析结果的准确性至关重要。错误的边界条件或初始条件会导致结果偏差。电磁场的自主性质波动性电磁场以波的形式传播，具有波长、频率和速度等特性。磁场强度电磁场中的磁场强度由磁通量密度决定，反映磁场对磁性物质的作用力大小。能量守恒电磁场中的能量守恒，电磁场的能量可以转化为其他形式的能量，但总能量保持不变。有限元方法概述有限元方法是一种数值计算方法，它将连续的物理问题离散化，并将连续区域划分为有限个单元，然后通过求解每个单元上的微分方程，最终得到整个区域的解。网格划分将连续区域划分为有限个单元，每个单元都有节点和边。插值函数在每个单元内使用插值函数来近似表示未知函数。离散化过程建立有限元模型将连续的电磁场区域划分为有限个小的单元，每个单元称为有限元。定义节点和单元在每个单元上定义节点，节点代表单元的顶点或边上的点，用以连接单元。选择插值函数在每个单元上选择适当的插值函数，用于描述单元内部的场量分布。节点型和单元型有限元节点型有限元以节点作为基本单元，每个节点对应一个未知量。单元型有限元以单元作为基本单元，每个单元对应一个未知量。线性插值和次线性插值线性插值在两个已知数据点之间，使用直线进行近似。次线性插值使用非线性函数来近似两个已知数据点之间的值。刚度矩阵的组装1单元刚度矩阵每个单元的刚度矩阵计算2整体刚度矩阵将所有单元刚度矩阵组合在一起3边界条件施加边界条件，例如固定端约束方程组的求解1直接法高斯消元法、LU分解法等2迭代法雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法等3稀疏矩阵技术处理大型有限元方程组结果的后处理1数据可视化将有限元分析结果转化为可视化的图形和图表，例如等高线图、矢量图等，以直观地展示电磁场分布。2数据分析对可视化结果进行分析和解释，提取关键信息，例如电场强度、磁通量等，以支持设计和优化决策。3误差分析评估有限元分析结果的精度，识别可能存在的误差来源，并提出改进措施。静电场计算实例本节将介绍一个经典的静电场计算实例：带电圆盘的电场分布。通过有限元分析，我们可以计算出圆盘周围的电场强度和电势分布。该实例展示了有限元方法在解决静电场问题时的应用，并为我们提供了对电场分布的更深入理解。静磁场计算实例静磁场计算实例包括：电磁铁的设计、永磁体的分析、电机或变压器的磁场分布研究等。这些例子通常涉及复杂的几何形状和材料属性，需要使用有限元方法进行数值模拟。有限元方法能够精确地计算静磁场的分布，并提供磁场强度、磁通量密度等重要参数。电磁场耦合计算实例电磁场耦合计算指的是将电场和磁场进行耦合计算，以便更全面地了解电磁现象。这在许多应用领域中至关重要，例如电机设计、天线设计和电磁兼容性分析。电磁场耦合计算实例可以包括：分析电磁场与机械结构之间的相互作用研究不同材料的电磁特性对电磁场的影响设计能够高效地将电能转换为机械能的电机有限元法的优势通用性强可以处理各种复杂形状和边界条件的电磁场问题。精度高通过细化网格可以提高计算精度，满足不同的精度要求。可视化效果好