ANSYS经典界面产生均匀磁场方法总结

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本文介绍了使用ANSYS软件在二维和三维空间中快速生成均匀磁场的方法。通过设置矢量位和标量位的边界条件，可以有效地简化模型，减少计算资源消耗。适用于电磁场仿真分析。

实际生产中，产生磁场的方法主要有永磁铁和通电线圈两种方法，同样在ANSYS中也可以通过两个永磁体或大的通电线圈来产生均匀的外加磁场，但是这种产生磁场的方法使得有限元分析的模型一般较大，单元数量多，计算费时，有没有简单方法直接在分析域产生均匀的磁场呢？答案是肯定的，下面就对其进行介绍。

一、生成二维均匀磁场（矢量位边界条件）

在静磁场中，磁感应强度B可以表示为矢量位A的旋度，即

$\overrightarrow{B}=\bigtriangledown \times \overrightarrow{A}$

在二维问题中，矢量位A只存在Z向分量，所以有

$\overrightarrow{B}=\left ( \frac{\partial }{\partial x} \overrightarrow{i}+\frac{\partial }{\partial y} \overrightarrow{j}+\frac{\partial }{\partial z} \overrightarrow{k}\right )\times A_{z}\overrightarrow{k}=\frac{\partial A_{z}}{\partial x}\overrightarrow{i}\times \overrightarrow{k}+\frac{\partial A_{z}}{\partial y}\overrightarrow{j}\times \overrightarrow{k} =-\frac{\partial A_{z}}{\partial x}\overrightarrow{j}+\frac{\partial A_{z}}{\partial y}\overrightarrow{i}$

由上式可以看出，想得到x方向磁场，就在y方向的两条线间施加矢量位Az，要得到y方向磁场就在x方向的两条线间施加矢量位Az，下面具体看一下在ANSYS经典界面中如何操作。

1）添加单元类型和材料模型

2）建立一个二维矩形空气域模型

3）赋予矩形空气域材料模型和单元，划分网格

4）施加磁矢量位边界条件

5）求解和结果展示

矢量图展示：

H场结果

B场结果

云图展示：

H场结果

B场结果

可以看出施加矢量位为50，Y方向两边界距离为0.5m，得到的磁感应强度B为100T，符合理论结果。

二、生成三维均匀磁场（标量位边界条件）

三维磁场在ANSYS中采用磁标量位的边界条件，根据磁标量位的定义，得

$\overrightarrow{H}=-\bigtriangledown \varphi _{m}=-\left ( \frac{\partial \varphi _{m}}{\partial x}\overrightarrow{i} +\frac{\partial \varphi _{m}}{\partial y}\overrightarrow{j}+\frac{\partial \varphi _{m}}{\partial z}\overrightarrow{k}\right )$