Штудирование. Шаблон_штудирования (6). Конспект Здесь разместите конспект. Поверхностный эффект в проводнике произвольного сечения в длинном прямолинейном проводнике протекает переменный ток.
 Скачать 128 Kb.
|
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О РАБОТЕ
КонспектЗдесь разместите конспект. ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ В ПРОВОДНИКЕ ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ В длинном прямолинейном проводнике протекает переменный ток. При различной частоте тока и сечении проводника происходит перераспределение тока по сечению проводника. Необходимо рассчитать распределение плотности тока и источников в проводнике, напряженности магнитного и электрического полей вокруг проводника и потери в нем. Вследствие большой протяженности проводника рассматривается двумерная задача в декартовой системе координат. Размеры расчетной области: a = 0.01 м; b = 0.01 м; x0 = 0; x1 = x0 + 5*b; x2 = x1 + b; x3 = x2 + 5*b; y0 = 0; y1 = y0 + 5*a; y2 = y1 + a; y3 = y2 + 5*a. Запуск пакета ANSYS В меню программ или на рабочем столе запустить элемент ANSYS product launcher. В появившемся окне выбрать в выпадающем меню Simulation Environment программу ANSYS, а в Licence – ANSYS Multiphysics. В папке Student создать подпапку с номером своей группы и подпапку студента и выбрать указанный путь в поле Working directory. Jobname оставить file или ввести другое имя латиницей. Нажать кнопку Run. Выбор типа анализа и формулировки задачи Main Menu → Preferences → Electromagnetic: Magnetic-Nodal → OK Выбор типов твердотельных элементов, используемых в расчете Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Add → Magnetic Vector → Vect Quad 8nod 53 Element type ref number – 1 → Apply Magnetic Vector → Vect Quad 8nod 53 Element type ref number – 2 → OK Не закрывая окна задания типов элементов, установите их ключевые опции. Выделите Type 1 PLANE 53 → Options В открывшемся окне установите следующие опции:
Элемент типа 1 используется для моделирования воздушного простран- ства и имеет степень свободы – z-составляющую векторного магнитного по- тенциала AZ. Для второго типа элементов необходимо изменить только опцию K1:
Элемент типа 2 используется для моделирования проводников и имеет степени свободы – z-составляющую векторного магнитного потенциала AZ и напряжение VOLT. Закройте окно выбора элементов. Задание системы единиц и свойств материалов Main Menu → Preprocessor → Material Props → Electromag Units → MKS → OK Свойства для воздуха: 4 Main Menu → Preprocessor → Material Models → Material Model Number 1 → Electromagnetics → Relative permeability → Constant → MURX → 1 → OK Material Model Number 1 → Electromagnetics → Resistivity → Constant → RSVX → 1E+25 → OK Свойства для проводника: Menu Define Materials Model Behavior → Material → New Model → Define Material ID → 2 → OK Electromagnetics → Relative Permeability → Constant → MURX → 1 → OK Electromagnetics → Resistivity → Constant → RSVX → 2E-8 → OK Закройте окно определения свойств материалов. Сохраните промежуточные результаты: ANSYS Utility Menu → File → Save as → имя файла → OK Построение геометрической модели Введите параметрические переменные геометрии расчетной области в соответствии с рис. 1 и табл. 1. Для ввода значений используйте прямую запись операции присвоения в строке меню ввода скалярных параметров: Utility Menu → Parameters → Scalar Parameters → Selection → a=0.01 → Accept → ... → Close Построение расчетных областей Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Area → Rectangle → By Dimentions → Введите в открывшемся окне координаты двух противополож- ных вершин прямоугольника → x0, x3, y0, y3 (воздух) → Apply → x1, x2, y1, y2 (проводник) → OK Проведите операцию «склеивания» (удаления перекрытий) построенных областей между собой. Main Menu → Preprocessor → Modeling → Operate → Booleans → Overlap → Areas → PickAll В результате произведенных булевских операций появились разрывы в последовательности номеров объектов. Проведите компрессию номеров и перенумерацию линий и областей: Main Menu → Preprocessor → Numberung Ctrls → Compress Numbers → All → OK Присвоение атрибутов созданным областям Main Menu → Preprocessor → Meshing → Mesh Attributes → Picked Areas → 5 Выберите курсором область – «воздух» → Apply → в появившемся окне вво-
Выберите курсором область – «проводник» → Apply → в появившемся окне
Для цветовой и цифровой идентификации объектов выполните ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Numbering:
Изменить отображение на экране можно с помощью функции управле- ния выводом Pan-Zoom-Rotate: ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Pan, Zoom, Rotate → Box Zoom → Установка галочки в Dynamic Mode включает возможность использовать колесико мыши для Zoom, а также двигать и вращать 3D изображение с за- жатой левой и правой клавишами мыши. Введение в модель конечноэлементной сетки Область проводника предполагается разбить регулярной (mapped) сет- кой, а область воздуха – свободной (free). Для этого введите требуемое раз- биение каждой линии в системе через меню управления сеточным разбиени- емMeshTool. Main Menu → Preprocessor → Meshing → MeshTool → Lines → Set → выде- лить внешние линии воздуха L1, L2, L3, L4 → Apply → установить 6
Произведите регулярное сеточное разбиение: Mesh Tools → Mesh → укажите курсором на область проводника А1 → OK Для разбиения на конечные элементы области воздуха включите опцию Smart Size и установите бегунок в положение 3, а также задайте опции в ме-
Проведите сеточное разбиение: Mesh Tools → Mesh → укажите курсором на внешнюю область A2 → OK При сеточном разбиении областей со сложными границами и объемных моделей рекомендуется производить просмотр-оценку качества произведен- ного разбиения: Main Menu → Preprocessor → Meshing → Check Mesh → Individual Elm → Plot Warning/Error Elms → отметьте «показать Good Elems» → OK Для получения информации о количестве узлов и элементов, используе- мых в модели, выполните: ANSYS Utility Menu → List → Status → Preprocessor → Meshing Вывод сетки в графическом окне с учетом типов материалов: ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Numbering
ANSYS Utility Menu → Plot → Elements Чтение сохраненных результатов Для того, чтобы после перезапуска ANSYS начать решение задачи с это- го места выполните чтение базы данных: 7 ANSYS Utility Menu → File → Resume from → в открывшемся окне выберите имя файла базы данных → OK ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements Определение набора связанных степеней свободы Математическая модель, используемая при решении электромагнитной задачи, предполагает задание токов (интегральных параметров) в проводни- ке. Для этого установите равенство значений скалярного потенциала V для всех узлов проводника. Для этого сначала выделите область проводника: ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Apply → кликнуть на область проводника → OK Выберите (сделайте активными) элементы и узлы, принадлежащие этой области: ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Sele Belo → Replot Выведите на графическом экране выделенные узлы проводника: ANSYS Utility Menu → Plot → Nodes Задайте связь степеней свободы V между собой для выбранных узлов: Main Menu → Preprocessor → Coupling/Ceqn → Couple DOFs → Pick All В открывшемся окне установите:
При наличии нескольких проводников действия повторяются для сле- дующей области (Set reference number должны быть разными). Сделайте активными все области и принадлежащие им элементы и узлы: ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements Сохраните промежуточные результаты. В результате произведенных действий построена геометрическая модель системы, описаны свойства ма- териалов и типов конечных элементов, присвоены свойства областям геомет- рической модели, построена конечноэлементная сетка, объединены степени свободы скалярного потенциала V для проводящей области. Перечисленные действия относятся к препроцессорной подготовке решения задачи. Сле- дующие действия относятся к разделу «решение» (solution). 8 Задание граничных условий и источников Укажите тип решаемой задачи: Main Menu → Solution → Analysis Type → New Analysis → Harmonic → OK Main Menu → Solution → Analysis Type → Analysis Option → Solution method → Full → DOF printout format → Real+imaginary → OK → в открывшемся ок- не выберите тип решателя (для текущей задачи задайте Sparse solver) → OK Задайте ток в проводнике: ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Apply → кликнуть на область проводника → OK Выберите элементы и узлы, принадлежащие этой области: ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Sele Belo → Replot Выведите на графическом экране выделенные узлы проводника: ANSYS Utility Menu → Plot → Nodes Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Electric → Excitation → Impressed Curr Densities → On nodes → навести указатель мыши на любую точку области проводника и кликом выбрать ее → OK В открывшемся окне ввода амплитуды электрического тока ввести ре- альную и мнимую составляющие тока I1, причем мнимую приравнять нулю:
Задайте граничные условия: ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Nodes ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Nodes → Exterior → From Full → Apply → Replot На экране останутся узлы, расположенные на внешней границе расчет- ной области. Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Magnetic → Boundary → Vector Poten → On nodes → появится окно Apply A on Nodes → Pick All → появится окно Apply A on Nodes – окно ввода значений функции в узлах (граничные условия первого рода) → ввести в этом окне: 9
ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements Задайте частоту источника тока: Main Menu → Solution → Load Step Opts → Time/Frequency → Freq and Substps → введите Harmonic Freq Range – f → Stepped or ramped b.c. – Stepped → OK Сохраните промежуточные результаты. Запуск задачи на решение Main Menu → Solution → Solve → Current LS Появятся два окна: /Status command и Solve Current Load Step – нажмите OK. Программа запущена на решение задачи. Если все действия по подготовке к решению были выполнены коррект- но, то в результате решения появится сообщение «Solution is Done». Постпроцессорная обработка результатов расчета Следующий этап работы это визуализация результатов решения задачи и расчет интегральных параметров системы. Поскольку задача ставилась относительно комплексной переменной, следовательно, решение содержит две составляющие. Поэтому необходимо выбрать, какая из них будет выведена в графическом экране: Main Menu → General Postproc → Read Results → By Load Step → установите в окне «Real or Imaginary part» – Real part → OK Для вывода распределения магнитного векторного потенциала A ис- пользуйте функцию: Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → установите в поле «Item to be contoured»: DOF Solution – Z-Comp of magnetic vector potential → OK Если требуется получить результат в виде изолиний, а не сплошной за- ливки, установите: ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Device Options → Vector mode ВыводыЗдесь разместите свои выводы, замечания, вопросы. Логическая схема / КлассификацияЗдесь разместите логическую схему или классификацию. ГлоссарийЗдесь разместите глоссарий.
Каталог личной библиотекиЗдесь размещается наименования литературных источников, которые были изучены в процессе учебного занятия. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||