边界条件复制/真实曲面网格设置/磁滞模型定义

如何将边界条件和几何一起复制？

1 问题描述

在Maxwell中，用户在复制物体的时候，软件默认只复制物体的尺寸和材料属性，不复制边界条件，本文将介绍通过改变软件设置，使得边界条件可以连同几何一起复制的方法。

2 方法实现

在菜单栏，点击Tools>>Options>>GeneralOptions>>Maxwell 2D/Maxwell 3D>>Boundary Assignment，勾选中Duplicate boundaries/mesh operations withgeometry选项。

前往Options中的General Options

启动Maxwell 2D复制功能

启动Maxwell 3D复制功能

用户需要注意的是，当选中此选项时，网格操作和分配给对象的激励也将会被同时复制。用户也可参见 Maxwell在线帮助Assigning Boundaries and Excitations for 3D/2D Designs>>ModifyingBoundary Conditions and Excitations>>Duplicating Boundaries andExcitationsd的相关内容，了解更多关于复制操作的说明。

3 总结

本文介绍了用户通过改变软件设置，使得在复制物体的时候，其边界条件可以连同几何模型一起复制，省去了再次创建边界条件的操作，提高了仿真分析的效率。

如何在Maxwell的网格操作中设置Surface Approximation？

1 问题描述

在Maxwell中，Surface Approximation在几何图形具有真实曲面(圆形曲面)时尤其重要，在这种情况下，网格的设置应该尽可能接近真实曲面形状，否则求解时一些几何信息可能会被错过。本文将介绍如何在网格操作中设置Surface Approximation，这将帮助用户得到接近几何形状的网格。

2 方法实现

在Maxwell中，Surface Approximation网格操作可被用于物体表面，如平面、圆柱、圆锥、环面、球面或曲面等，原始模型的面称为真实面。为了创建一个有限元网格， Maxwell 先将所有的真实表面分成三角形，这些三角形表面被称为多面表面，因为三角形中的一系列直线段代表每一个曲面或平面。

(a) 球面

(b) 圆柱面

(c) 环面

(d) 圆锥面

真实的表面例子

对于平面而言，三角形恰好位于模型面上，真实表面与网格表面的位置和法线没有差异。当一个物体的表面是非平面的，多面三角形面与物体的真实表面有一个小距离。这个距离称为表面偏差，它是用模型的单位来测量的。表面偏差在三角形中心附近较大，在三角形顶点附近较小。为了设置表面近似网格操作，需参考以下步骤。

(1) 选择要修改 Surface Approximation 设置的面。或者，如果您想修改对象上每个面的表面近似设置，则选择此对象。

(2) 点击Maxwell>>MeshOperations>>Assign>>Surface Approximation来打开表面近似对话框。

表面近似对话框

(3) 命名该设置组或使用默认名称。

(4) 在曲面网格下，用户可以选择Use Slider或指定Manual Settings。

(a) 在Use Slider中，滑块包含用户选择的分辨率的视觉表示，从少量网格的粗分辨率到大量网格的精细分辨率，共包含9位刻度选项。

(b) 在Manual Settings中，点击后界面将会切换为文本输入，用户可以手动设置网格数据。

Surface Deviation表示表面偏差， 用户可以输入所选面的真实表面与网格面的距离，并选择单位。

Surface Deviation图形说明

Normal Deviation表示普通偏差，用户可以输入真实表面法线与对应网格面之间的角距离，并选择单位。

Normal Deviation图形说明

Aspect ratio表示纵横比，用户可以在框中输入一个值。该值决定了三角形的形状，值越高，三角形越细。接近1的值会出现形状良好的宽三角形。

用户需要注意的是，如果以上三种手动设置有多选，Maxwell将会将它们组合后应用。

3 总结

本文介绍了在几何图形具有真实曲面(圆形曲面)时，通过在网格操作中设置Surface Approximation，该设置会使网格尽可能接近真实曲面形状，有效避免求解时错过一些几何信息，提高了仿真分析的精度。

Maxwell中的磁滞模型

1 问题描述

磁滞模型(HysteresisModel)可以用于Maxwell磁瞬态求解器(2D和3D)，以高精度计算铁芯损耗和小回路磁滞现象。如果采用磁滞模型来计算铁芯损耗，则磁滞损耗分量将可以直接根据磁滞回线的输入数据计算，并且涡流损耗分量将基于经典涡流损耗系数Kc(叠压)或者Bulk Current(实心)。

在软件中有多个“Hysteresis”术语的使用。为了方便理解，本文中所指的模型是瞬态铁芯损耗模型的一种，称之为“Hysteresis Model”。这与标准的“Electrical Steel”损耗模型相反，该模型是基于解析(Steinmetz)方程，其包含一个称为“Hysteresis Loss”的损耗分量，并且具有相应的Kh系数。

涡流场求解器中也有磁滞损耗计算，但这不在本文讨论的范围。

2 方法实现

磁滞模型通用材料的设置方法如下。

首先在第一象限输入软磁材料的非线性BH数据，从(0，0)开始，并超过用户需要仿真的最大饱和点。这使得求解器能够正确地对数据进行插值，而不需要对 BH 数据进行任何外推。

然后确保BH数据具有正确的单位，并且Normal和Intrinsic选项设置正确。该BH曲线是非线性“anhysteretic”曲线，即直流磁化曲线。磁滞模型将被添加到该非线性曲线的顶部。

设置软磁材料的非线性BH曲线

对于该模型，当选中Lamination后电导率仅用于Maxwell 3D瞬态中求解叠压方向法向磁通产生的损耗。同时，该模型中忽略了磁矫顽力部分。铁芯损耗模型选择Hysteresis Model。Composition设置为Lamination(建立叠片)，叠压系数(Stacking Factor)以及叠压方向(Stacking Direction)都需要指定。需要注意的是，V(1)、V(2)及V(3) 分别对应笛卡尔坐标系的X、Y及Z或圆柱坐标系的R、Phi及Z。

铁芯损耗选择磁滞模型

接下来是定义磁滞模型的Hci值。

用户可以直接在材料属性或是磁滞回线计算工具中定义内禀矫顽力Hci的值。Hci的值是必须得定义的，而剩磁Br的值则是可选的。用户可通过点击材料属性框中的“Hysteresis Loop”选项打开磁滞回线窗口。

Hysteresis Loop磁滞回线窗口

对于叠压材料，用户可使用Kc系数定义铁芯损耗的经典涡流分量。该分量可通过电导率σ(西门子/米)和叠压厚度d(米)计算得到，计算公式如下。

Kc=π²σd²/6

Kc系数计算原理示意

在该叠压案例中，涡流分量属于铁芯损耗一部分(单个叠片内的小规模感应电流)，并且铁芯中不存在Bulk Current(叠片阻止大电流产生)。因此，叠压物体总是默认关闭涡流效应设置。

对于实心材料，如实心钢芯，求解器会忽略Kc参数，当存在感应电流时，应设置Bulk Conductivity，同时开启涡流效应设置，以计算涡流损耗。

由于在材料设置中磁滞模型已被启用，因此铁芯损耗计算不必再进行设置。在瞬态场中，用该材料定义的所有物体都会计算铁芯损耗。

3 总结

本文介绍了磁滞模型(HysteresisModel)，通过磁滞模型计算铁芯损耗，磁滞损耗分量将可以直接根据磁滞回线的输入数据计算，并且涡流损耗分量将基于经典涡流损耗系数Kc(叠压)或者Bulk Current(实心)。磁滞模型(Hysteresis Model)可用于Maxwell磁瞬态求解器(2D和3D)，以高精度计算铁芯损耗和小回路磁滞现象。

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