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ANSYS中磁场力的计算

2012-12-06 17:05阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1263034891

1 问题的起因：
自从使用ANSYS以来，一直困惑，ANSYS提供的计算磁场力的手段——洛伦兹力、Maxwell张量力以及虚位移法到底是力的分类还是不同的计算方法呢？
之所以有这样的困惑，是因为：(1) 按照ANSYS洛伦兹力法求解，只有通电导线位于磁场中才受力，这也是我们知道的“左手定则”，也是电动机工作的原理；(2) 但是根据电磁场中法拉第磁力线管法，在两种介质的分界面处，只要它们的磁导率不相等，分界面处磁场力一定垂直于分界面，且总是从磁导率大的介质指向磁导率小的介质，这也是开关磁阻电机工作的基础。

2 解决方案：
但是，用(1)的方法无论如何也计算不出(2)中分界面的力？这是怎么回事的？
经过仔细阅读文献[1]，终于恍然大悟：
(1) 洛伦兹力法，Maxwell张量法，即文献[1]的式(12-6)，以及虚位移法，本质是一样的，所以ANSYS中的计算力可以称作是“三种不同的计算方法”，使用者可以根据自己的情况方便使用，这需要长期摸索哪个精度更高？哪个更方便？
(2) 磁场对电流的作用力，即洛伦兹力，是直接计算作用于“元电流”上的力；而Maxwell张量力是通过计算传递该力的媒介中的应力来计算作用力。所以，前者作用于物体上的力是力体密度的体积分，而后者是表面应力的面积分。由此可见，Maxwell张量法计算力，必须选取包围计算体的一个闭合面，该面的选择对计算精度有影响。
(3) 据文献[1]的式(12-33)，虚位移法其实包含了前述两种类型的力。

3 结论：
(1) 洛伦兹力计算公式只能计算体积力。
(2) Maxwell张量公式计算的是表面张力，需要做闭合积分面，也包含了体积力的计算。
(3) 虚位移法对体积力和面积力均可以计算。
(4) ANSYS计算力的手段是“三种不同的方法”，不是“三种不同的力”。
(5) 至于到底哪种方法更好，需要长期摸索和阅读ANSYS中的帮助。

参考文献：
[1] 颜威利，杨庆新，汪友华. 电气工程电磁场数值分析[M]. 北京：机械工业出版社，2005.9: 214-236.
http://blog.sciencenet.cn/blog-469261-449889.html

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