ANSYS 18.0电磁学有限元分析从入门到精通

本书以ANSYS的新版本ANSYS18.0为平台，介绍了目前工程中普遍面临的各类电磁场分析问题，并通过丰富的实例详细介绍了如何利用ANSYS有限元软件求解电磁场分析问题。书中尽量避开了繁琐的理论描述，从实际应用出发，结合编者使用该软件的经验，采用GUI方式一步一步地对实例部分的操作过程和步骤进行了讲解。为了帮助用户熟悉ANSYS的相关操作命令，在每个实例的后面都列出了分析过程的命令流文件。
本书共分12章，第1章对ANSYS电磁场有限元分析进行了简要叙述，并介绍了后续章节常用的电磁宏和远场单元内容；第2章～第4章介绍了二维静态、二维谐波和二维瞬态磁场分析；第5章～第9章分别使用标量法、棱边单元法和节点法对三维静态、三维谐波和三维瞬态磁场分析进行了介绍；第10章介绍了稳态电流传导分析；第11章对静电场分析进行了介绍；第12章介绍了电路分析的内容。
本书适用于高校工科高年级本科生和研究生作为自学教材，也可以作为电磁学工程设计和研究人员的参考工具书。

适读人群 ：电磁学工程设计和研究人员，高校工科高年级本科生和研究生
ANSYS工程应用领域的专家和学者执笔编写，融入多年研究经验和体会，引用大量工程案例，附赠所有实例的素材源文件和实例讲解动画。

现代工业的典型特征是大量使用了计算机，无论是在产品的开发、设计阶段，还是在分析、制造过程中，计算机的应用都极大地提高了效率和质量。计算机辅助工程(CAE)就是其中必不可少的一个环节，它是计算机技术和现代工程方法的完美结合。
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件，它是世界范围内用户增长最快的CAE软件，能够进行结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利和日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS的功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际上流行的有限元分析软件。目前，中国已有100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
本书以ANSYS的最新版本ANSYS 18.0为平台，介绍了目前工程中普遍面临的各类电磁场分析问题，并通过丰富的实例详细介绍了如何利用ANSYS有限元软件求解电磁场分析问题。书中尽量避开了繁琐的理论描述，从实际应用出发，结合编者使用该软件的经验，采用GUI方式一步一步地对实例部分的操作过程和步骤进行了讲解。为了帮助用户熟悉ANSYS的相关操作命令，在每个实例的后面都列出了分析过程的命令流文件。
本书共分12章，第1章对ANSYS电磁场有限元分析进行了简要叙述，并介绍了后续章节常用的电磁宏和远场单元内容；第2～4章介绍了二维静态、二维谐波和二维瞬态磁场分析；第5～9章分别使用标量法、棱边单元法和节点法对三维静态、三维谐波和三维瞬态磁场分析进行了介绍；第10章介绍了稳态电流传导分析；第11章对静电场分析进行了介绍；第12章介绍了电路分析的内容。
随书配送的电子资料包中包含了所有实例的素材源文件以及全程实例配音讲解动画AVI文件，读者可以登录百度网盘（地址：http://pan.baidu.com/s/1pKAOYQf，密码：l8y7）下载。
本书主要介绍了使用ANSYS软件进行电磁场分析的过程和步骤，文中所采用的参数和数据仅适用于ANSYS分析过程的演示，对具体问题不一定适用。
本书主要由陆军工程大学的向红军以及石家庄三维书屋文化传播有限公司的胡仁喜、康士廷编写。刘昌丽、闫聪聪、杨雪静、宫鹏涵、孟培、李亚莉、解江坤、秦志霞、张亭、毛瑢、吴秋彦、甘勤涛、李兵、王敏、孙立明、王玮、王培合、王艳池、王义发、王玉秋、朱玉莲、徐声杰、张俊生、王兵学等也参加了部分章节的编写工作。
由于时间仓促，加之编者水平有限，疏漏之处在所难免，欢迎读者加入学习交流QQ群或登录网站提出宝贵意见。
编 者

前言
第1章 电磁场有限元分析概述1
1.1 电磁场基本理论2
1.1.1 麦克斯韦方程2
1.1.2 一般形式的电磁场微分方程3
1.1.3 电磁场中常见边界条件3
1.2ANSYS电磁场分析对象4
1.3 标量位、矢量位、棱边单元方法的比较5
1.3.1 磁标量位方法5
1.3.2 磁矢量位方法5
1.3.3 棱边单元方法6
1.4 电磁场单元概述6
1.5 电磁宏7
1.5.1 电磁宏使用范围7
1.5.2 电磁宏分类8
1.6 远场单元及远场单元的使用14
1.6.1 远场单元15
1.6.2 使用远场单元的注意事项16
第2章 二维静态磁场分析18
2.1 二维静态磁场分析中要用到的单元19
2.2 静态磁场分析的步骤19
2.2.1 创建物理环境20
2.2.2 建模、指定特性、分网28
2.2.3 施加边界条件和载荷28
2.2.4 求解31
2.2.5 后处理（查看计算结果）33
2.3 实例1——二维螺线管制动器内静态磁场的分析37
2.3.1 问题描述37
2.3.2GUI操作方法38
2.3.3 命令流实现51
2.4 实例2——载流导体的电磁力分析53
2.4.1 问题描述54
2.4.2GUI操作方法54
2.4.3 命令流实现68
第3章 二维谐波磁场分析71
3.1 二维谐波磁场分析中要用到的单元72
3.2 二维谐波磁场分析的步骤73
3.2.1 创建物理环境73
3.2.2 建立模型，赋予特性，划分网格77
3.2.3 加边界条件和励磁载荷77
3.2.4 求解79
3.2.5 观察结果82
3.3 实例1——二维自由空间线圈的谐波磁场的分析84
3.3.1 问题描述84
3.3.2GUI操作方法85
3.3.3 命令流实现99
3.4 实例2——二维非线性谐波分析101
3.4.1 问题描述101
3.4.2GUI操作方法101
3.4.3 命令流实现110
第4章 二维瞬态磁场分析113
4.1 二维瞬态磁场分析中要用到的单元114
4.2 二维瞬态磁场分析的步骤114
4.2.1 创建物理环境114
4.2.2 建立模型、赋予属性、划分网格114
4.2.3 施加边界条件和励磁载荷114
4.2.4 求解116
4.2.5 观察结果119
4.3 实例1——二维螺线管制动器内瞬态磁场的分析122
4.3.1 问题描述122
4.3.2GUI操作方法123
4.3.3 命令流实现138
4.4 实例2——带缝导体瞬态分析140
4.4.1 问题描述140
4.4.2GUI操作方法140
4.4.3 命令流实现153
第5章 三维静态磁场标量法分析159
5.1 三维静态磁场标量法分析中要用到的单元160
5.2 用标量法进行三维静态磁场分析的步骤161
5.2.1 创建物理环境161
5.2.2 建立模型162
5.2.3 施加边界条件和励磁载荷164
5.2.4 求解165
5.2.5 观察结果（RSP、DSP或GSP方法分析）167
5.3 实例1——带空气隙的永磁体168
5.3.1 问题描述168
5.3.2GUI操作方法169
5.3.3 命令流实现183
5.4 实例2——三维螺线管静态磁场分析186
5.4.1 问题描述186
5.4.2GUI操作方法187
5.4.3 命令流实现201
第6章 三维静态磁场棱边单元法分析204
6.1 单元边方法中用到的单元205
6.2 用棱边单元法进行静态分析的步骤206
6.2.1 创建物理环境、建模分网、加边界条件和载荷206
6.2.2 求解207
6.2.3 后处理207
6.3 实例——计算电动机沟槽中的静态磁场分布208
6.3.1 问题描述208
6.3.2GUI操作方法209
6.3.3 命令流实现222
第7章 三维谐波磁场棱边单元法分析225
7.1 单元边方法中用到的单元226
7.2用棱边单元法进行谐波磁场分析的步骤228
7.2.1 创建物理环境，建模分网，加边界条件和载荷228
7.2.2 求解229
7.2.3 后处理229
7.3 实例——棱边单元法计算电动机沟槽中谐波磁场分布232
7.3.1 问题描述232
7.3.2GUI操作方法233
7.3.3 命令流实现244
第8章 三维瞬态磁场棱边单元法分析246
8.1 单元边方法中用到的单元247
8.2用棱边单元法进行三维瞬态磁场分析的步骤247
8.2.1 创建物理环境，建模分网，加边界条件和载荷247
8.2.2 求解248
8.2.3 后处理251
8.3 实例——棱边单元法计算电动机沟槽中瞬态磁场分布253
8.3.1 问题描述253
8.3.2GUI操作方法254
8.3.3 命令流实现265
第9章 三维静态、谐波和瞬态磁场节点法分析268
9.1 用节点法进行三维静态磁场分析269
9.1.1 选择单元类型和定义实常数269
9.1.2 定义分析类型269
9.1.3 选择方程求解器270
9.1.4 加载和求解270
9.1.5 备份数据271
9.1.6 求解271
9.1.7 计算电感矩阵和磁链272
9.1.8 后处理272
9.2 节点法三维谐波磁场分析273
9.2.1 建立三维谐波磁场分析的物理环境273
9.2.2 加载和求解276
9.2.3 观察结果276
9.3 节点法三维瞬态磁场分析276
9.3.1 建立三维瞬态磁场分析的物理环境277
9.3.2 加载和求解277
9.3.3 观察节点法三维瞬态磁场分析的计算结果277
9.4 标势法和矢势法联合使用277
9.4.1 建立混合区域的模型278
9.4.2 矢量域和标量域的界面278
9.4.3 施加载荷、求解混合模型279
9.4.4 观察结果279
第10章 稳态电流传导分析280
10.1 电场分析要用到的单元281
10.2 稳态电流传导分析的步骤283
10.2.1 建立模型283
10.2.2 加载并求解283
10.2.3 观看结果284
10.3 实例1——正方形电流环中的磁场286
10.3.1 问题描述286
10.3.2GUI操作方法287
10.3.3 命令流实现295
10.4三侧向测井仪器的电场分析（命令流）296
10.4.1 问题描述296
10.4.2 命令流实现300
第11章 静电场h方法分析311