基于B站视频手把手教你Maxwell-【案例B202】螺线管3D静磁场仿真整理的学习笔记,视频原作者为搞仿真的晴博。
为了节约流量,使网页更快打开,整理的笔记以文字为主,不会有太多图片,所以最好配合视频来看笔记
我使用的软件版本为2023R1,与原视频软件版本2022R1不同,也有个人操作问题,会使实验结果与原视频不同,一切以原视频为准。
建模
直接建三维模型
在上期视频的工程基础上,Project
Manager窗口工程文件右键Insert->Insert Maxwell 3D
Design新建一个三维模型。
点击Draw菜单栏中的圆柱体图标,画一个线圈的内径(线圈内径10mm,外径12mm,高20mm),第一次点击点击确定圆心,第二次点击确定半径,第三次点击确定圆柱高。双击CreateCylinder进入属性界面,Radius设置为10,Height设置为20。
Number of
Segments指的是多边形边数,这里设置为36,也就是将圆柱体近似为正三十六棱柱体。使用棱柱是为了保持模型的对称性,计算电场不要将圆柱近似为棱柱,计算磁场等物理量建议将圆柱近似为棱柱。
再以相同方法画一个圆柱(线圈外径),Radius设置为12,Number of
Segments也设置为36。
选中两个圆柱体,做减法操作。右键Edit->Boolean->Subtract,弹出窗口界面中左侧Blank
Parts是减数(大的),右侧Tool
Parts是被减数(小的)。这里需要调换一下,让Cylinder2做Blank
Parts,Cylinder1做Tool Parts。
接下来画电枢铁芯(半径8mm,长度30mm),点击Draw菜单栏中的圆柱体图标下面的棱柱体,画出一个棱柱,弹出的Number of Segments设置为24。属性Center Position设置为“0 ,0 ,-5”,Start Position设置为“8 ,0 ,-5”,Height设置为30。
画一个空气域,点击Draw菜单栏中的Create Region(红色边框空心正方体)图标,这次设置Percentage Offset值为200,表示在已经画出来的几何模型基础上扩大200%的区域内建立空气域。
在二维模型基础上建三维模型
Project Manager窗口右键上期视频建立的二维工程“Maxwell2DDesign1”点击Create 3D Design。弹出“Sweep Around Z Axis”窗口,旋转角度Angle of Sweep保持为360度,Number of Segments设置为36,就能得到相同的三维模型。
需要修改一下空气域,100改成200。
同理,三维模型取一个截面后也可以转化为二维模型。
材料
和上期视频操作一致。线圈命名为Coil,材料为Copper;铁芯命名为Core,材料为steel_1008。
激励
给线圈加一个电流。可以做一个截面,在截面上给电流。点击线圈,右键Edit->Surface->Section,弹出窗口选择YZ或XZ平面。(视频中选择了YZ平面)
这里产生了两个截面,需要去掉一个,选中截面右键Edit->Boolean->Separate
Bodies将其一分为二,然后删掉两个截面中的一个。(视频中删除了Y轴负半轴上的截面)
选取Coil右键Assign
Excitation->Current,选择电流为1000A,Type选择Standard(绞线圈)。这里点击Swap
Direction可以调换电流方向。
可以在Project Manager窗口Excitation->Current1看到这个电流。
边界
空气域最外侧使用默认的纽曼条件,使用默认的H平行边界,不需要去设置。
网格
为使仿真结果更为准确,需要自己设置网格。
选中线圈,右键Assign Mesh Operation->Inside Selection->Length
Based,弹出窗口设定尺寸为2mm。
再选中铁芯,右键Assign Mesh Operation->Inside Selection->Length
Based,弹出窗口设定尺寸为5mm,再右键Assign Mesh Operation->On
Selection->Length Based,弹出窗口设定尺寸为2mm。
求解
右键Project Manager中的Analysis->Add Solution
Setup,进入求解设置界面,使用默认设置即可,直接确认。
收敛误差Percent Error默认为1%,如果要做精细计算,可以修改为0.1%。
点击菜单栏Maxwell 2D->Analyze All开始求解。
后处理
和上期视频一样,按照“先源量后场量、先定性再定量”的原则观察实验数据。先看线圈电流,选中线圈后右键Fields->J->J_Vector查看电流矢量。如下图所示:

嵌入一个截面,点击Draw菜单栏中的Draw Rectangle(矩形)图标,弹出的窗口点Yes。将Draw菜单栏中Grid(网格)下面的下拉菜单选为YZ,这样就能在YOZ平面上画矩形,画好矩形后修改其属性使截面的位置更合适。(这里设置Position为0,30,-20,YSize为-60,XSize为60)
接下来看截面上的磁通密度,选中截面后右键Fields->B->Mag_B。
接下来看截面上的磁通矢量,选中截面后右键Fields->B->B_Vector。


在Project Manager窗口Create Fields Report->Rectangular Plot。弹出的窗口Context->Geometry选择Polyline1,X轴坐标保持默认Distance(距离),Y轴坐标选择Mag_B(磁通密度)。点击New Report就可生成随线段路径上的点的位置变化的磁通密度曲线,如下图所示。

曲线图可以导出,右键Export即可,可以保存为图片,也可以保存为图表(csv)格式。