CN106529100B - 一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，包括以下步骤：通过三维软件建立螺管超导磁体的三维模型，然后导入到有限元分析软件；建立空气域，包裹螺管超导磁体的分析区域；设置分析螺管超导磁体线圈的材料属性；对螺管超导磁体线圈以及空气域进行划分网格；对螺管超导磁体线圈施加电流密度，使电流密度施加的方向沿设计方向；定义仿真分析所需的磁力线平行边界条件；通过有限元分析软件进行仿真分析，得出螺管超导磁体线圈的整体磁场分布；定义螺管超导磁体线圈轴向路径，得出在轴向路径上的磁场分布。本发明采用有限元分析软件对螺管超导磁体线圈的磁场进行仿真计算，可快速准确的得出磁场的大小及磁体轴向方向的磁场分布。

Description

一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法

技术领域

本发明涉及仿真分析领域，特别涉及一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法。

背景技术

低温超导技术和高温超导技术已应用于电力系统，污水处理系统，实验研究系统以及交通运输系统，其中应用较广的超导装置是螺管型超导磁体装置，根据不同的需求设计不同运行磁场大小和磁场位型的螺管超导磁体装置，其中磁场分析计算是螺管超导磁体设计的关键。

现阶段螺管超导磁体线圈的磁场分析，一般通过理论编程进行分析计算，不易直观实现。

发明内容

为解决现有螺管超导磁体线圈的磁场分析方案不直观的问题，本发明提出了一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，采用有限元的方法，通过Ansys软件进行磁场仿真分析，能够快速直观准确的得出磁场分布，易于工程中设计操作。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，包括以下步骤：

步骤(1)，通过三维软件建立螺管超导磁体的三维模型，然后导入到有限元分析软件；

步骤(2)，建立空气域，包裹螺管超导磁体的分析区域；

步骤(3)，设置分析螺管超导磁体线圈的材料属性，非磁性材料的相对磁导率设置为1，磁性材料的磁导率根据B-H曲线设定；

步骤(4)，对螺管超导磁体线圈以及空气域进行划分网格；

步骤(5)，对螺管超导磁体线圈施加电流密度，使电流密度施加的方向沿设计方向；

步骤(6)，定义仿真分析所需的磁力线平行边界条件；

步骤(7)，通过Ansys软件进行仿真分析，得出螺管超导磁体线圈的整体磁场分布；

步骤(8)，定义螺管超导磁体线圈轴向路径，得出在轴向路径上的磁场分布。

可选地，所述空气域所需范围是超导磁体截面面积的二倍以上。

可选地，对螺管超导磁体线圈以及空气域进行划分网格，具体为：

对超导磁体截面区域选取截面的轮廓线，分割成100等分，采用长方形网格结构对超导磁体截面进行网格划分；选取空气域的边界线，分割成100等分，采用三角形网格结构对空气域截面进行网格划分。

可选地，定义仿真分析所需的磁力线平行边界条件，磁场的方向在空气域远端平行于边界区域，选取空气域的外轮廓线，并定义磁平行边界条件。

本发明的有益效果是：

运用有限元分析软件对螺管超导磁体线圈的磁场进行仿真计算，可快速准确的得出磁场的大小及磁体轴向方向的磁场分布，适用于一般螺管超导磁体线圈的设计分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，包括以下步骤：

步骤(1)，通过三维软件(如Pro/e、CATIA、UG等软件)建立螺管超导磁体的三维模型，然后导入到有限元分析软件(如Ansys)；

步骤(2)，建立合适大小的空气域，包裹螺管超导磁体的分析区域；空气域所需范围至少是超导磁体截面面积的二倍以上；

步骤(3)，设置分析螺管超导磁体线圈的材料属性，非磁性材料的相对磁导率设置为1，磁性材料的磁导率根据B-H曲线设定；

步骤(4)，对螺管超导磁体线圈以及空气域进行划分网格，保证网格划分规整和细化；对超导磁体截面区域需选取截面的轮廓线，分割成100等分，采用长方形网格结构对超导磁体截面进行网格划分；选取空气域的边界线，分割成100等分，采用三角形网格结构对空气截面进行网格划分；

步骤(5)，对螺管超导磁体线圈施加电流密度，使电流密度施加的方向沿设计方向；

步骤(6)，定义仿真分析所需的磁力线平行边界条件；磁场的方向在空气域远端平行于边界区域，因此需选取空气域的外轮廓线，并定义磁平行边界条件；

步骤(7)，通过有限元分析软件进行仿真分析，得出螺管超导磁体线圈的整体磁场分布；

步骤(8)，定义螺管超导磁体线圈轴向路径，得出在轴向路径上的磁场分布。

本发明采用有限元的方法运用Ansys软件对螺管超导磁体线圈的磁场进行仿真计算，可快速准确的得出磁场的大小及磁体轴向方向的磁场分布，适用于一般螺管超导磁体线圈的设计分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，通过三维软件建立螺管超导磁体的三维模型，然后导入到有限元分析软件；

步骤(2)，建立空气域，包裹螺管超导磁体的分析区域；

步骤(3)，设置分析螺管超导磁体线圈的材料属性，非磁性材料的相对磁导率设置为1，磁性材料的磁导率根据B-H曲线设定；

步骤(4)，对螺管超导磁体线圈以及空气域进行划分网格；

步骤(5)，对螺管超导磁体线圈施加电流密度，使电流密度施加的方向沿设计方向；

步骤(6)，定义仿真分析所需的磁力线平行边界条件，磁场的方向在空气域远端平行于边界区域，选取空气域的外轮廓线，并定义磁平行边界条件；

步骤(7)，通过有限元分析软件进行仿真分析，得出螺管超导磁体线圈的整体磁场分布；

步骤(8)，定义螺管超导磁体线圈轴向路径，得出在轴向路径上的磁场分布。

2.如权利要求1所述的一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，其特征在于，所述空气域所需范围是超导磁体截面面积的二倍以上。

3.如权利要求1所述的一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法，其特征在于，对螺管超导磁体线圈以及空气域进行划分网格，具体为：

对超导磁体截面区域选取截面的轮廓线，分割成100等分，采用长方形网格结构对超导磁体截面进行网格划分；选取空气域的边界线，分割成100等分，采用三角形网格结构对空气域截面进行网格划分。