Ansys在工程電磁場課程教學中的應用

盛洪江+李越林

摘要：將Ansys與“工程電磁場”課程教學相結合，闡述有限元軟件在電磁場數(shù)值計算分析及仿真教學中的作用。通過具體例子說明有限元軟件數(shù)值仿真在“工程電磁場”教學中對學生加深電磁場基本概念的理解形象直觀作用，對提高學生實踐動手能力和學習興趣等方面具有一定的意義。

關鍵詞：工程電磁場；ANSYS；仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）15-0164-02

“工程電磁場”是一門理論性比較強的課程，要求學生具有較好的數(shù)學基礎，尤其是對場論的掌握，因此課程公式較多，并且抽象，給課程的學習增加了難度。有限元法[1-2]是求解邊值問題的數(shù)值計算方法，利用有限元方法對電磁場一些簡單工程問題的求解可以使工程電磁場的一些物理概念更直觀更形象，有助于學生加深對基本概念的理解，提高對工程電磁場課程的學習興趣，同時也有助于提高學生處理和解決實際工程問題的能力[3]。隨著計算機理論的迅猛發(fā)展和有限元技術的逐漸成熟，不同形式的電磁場均可以通過相應的有限元軟件來實現(xiàn)，使本來看不見、摸不到的電磁場可以通過場圖的形式表達出來。學生在理論知識的基礎上，通過設置不同的求解域、邊界條件、分界面的銜接條件等，對比不同條件下的場圖，得到更為直觀和形象化的電磁場模型[4]。

1 實例

導體塊嵌入理想的鐵磁體中，給定的方向的電流，分析計算該導體塊的磁場，能量，焦耳熱損失，和洛侖磁力。

a） 方塊導體的電磁計算示意圖

b）方塊導體的洛侖磁力計算示意圖

如圖1a所示，導體塊的磁導率為，和電阻率，方向上的電流為。長寬高分別為：，，，導體塊上下面及左面滿足磁通量垂直的邊界條件，在電流的入口及出口端面和右面滿足磁通線平行條件。

理論計算：

2 運行結果

2.1 仿真云圖

圖2a、2b給出了Ansys所求導體沿x方向磁感應強度等值線圖及矢量圖，注意的是這些值取得都是在節(jié)點上做平均值后的數(shù)據(jù)，可看成是單元中心的值，即

等處的值。圖2c、2d為導體沿x方向磁場強度等值線圖及矢量圖，這些值也可看成是單元中心的值

2.2 數(shù)據(jù)表格

表1給出了Ansys計算的所求導體各單元的磁場強度、磁感應強度、電流密度、焦耳熱、電磁力、儲能及總計，我們可以將該表和前面的計算結果比對，其符合度還是很好的。注意的是計算磁場強度和磁感應強度時應考慮各單元的中心位置。

3 結論

本文通過求一導體的電磁參數(shù)的實例，將理論計算結果與Ansys的仿真計算結果進行比對，得出了比較一致的結果。其他相關實例也可如法進行，也可應用于工程電磁場課程的仿真實驗中去。將有限元法與“工程電磁場”教學相結合，通過有限元軟件對電磁場問題的仿真計算，電磁場相關參數(shù)以更直觀、更豐富多彩的形式展現(xiàn)出來，加深了學生對電磁場問題的直觀認識，拓展了學生的知識面，較大的提升學生的學習興趣及動手能力的培養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 王澤忠.工程電磁場[M].北京：清華大學出版社， 2004.

[2] 倪光正，楊仕友，邱捷，等.工程電磁場數(shù)值計算[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2012.

[3] 李亞莎.有限元法及其在“工程電磁場”教學中的應用[J].電氣電子教學學報， 2011，33：104-105.

[4] 汪東欣. 基于有限元法的工程電磁場形象化教學研究與探討[J].大慶師范學院學報， 2013，6（33）： 135-138.