Исследование магнитных систем в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Физико-механический факультет

Кафедра механики и процессов управления

Проект допущен к защите

Зав. Кафедрой

________________В. А. Пальмов

“____”_________________2008 г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема: Исследование магнитных систем в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS.

Направление: 150300 – Прикладная механика

Специальность: 150301 – Динамика и прочность машин

Выполнила студентка гр. 6055/2 Н. А. Крылова

Руководитель, к.т.н., доцент Л. В. Штукин

Консультант по вопросам

охраны труда к.т.н., доцент В.В. Монашков

Санкт-Петербург

2008

Реферат

с. 64 рис. 37, табл. 17.

Исследование магнитных систем в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS

Определена сила магнитного поля на ферромагнитное основание экспериментально и методами программной системы конечно-элементного анализа ANSYS, в зависимости от величины воздушного зазора между магнитным держателем и пластиной. Было получено распределение модуля магнитной индукции по поперечному сечению магнитной системы для каждого значения воздушного зазора.

Разработана и собрана экспериментальная установка, из двух постоянных магнитов, для проведения измерений силы магнитного поля на один из магнитов в зависимости от величины зазора. Созданы различные конечно-элементные модели в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS для расчета силы магнитного поля на один из постоянных магнитов. Исследована сходимость методов расчета в ANSYS в зависимости от величины воздушного слоя, окружающего систему и количества элементов модели. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных результатов.

Оглавление

Введение. 5

Глава I. Основные положения метода конечных элементов для решения электромагнитных задач. 7

1.1. Постановка задач расчета электромагнитного поля электротехнического устройства. 7

1.2 Основные положения метода конечных элементов для решения электромагнитных задач. 10

Глава II. Магнитная пружина. 13

2.1. Численное решение. 13

2.1.1 Постановка задачи расчета поля и силы магнитного поля исследуемой установки. 13

2.1.2 Расчет магнитостатического осесимметричного поля в кусочно-однородной изотропной области для различных значений воздушного зазора между постоянными магнитами. 14

2.1.3 Расчет силы магнитного поля на верхний магнит устройства методами программной системы конечно-элементного анализа ANSYS. 16

2.1.4 Исследование сходимости методов расчета силы магнитного поля в зависимости от величина воздушного пространства, окружающего магнитную систему. 18

2.1.5 Исследование сходимости методов расчета силы магнитного поля в зависимости от количества элементов модели. 20

2.1.6 Расчет силы магнитного поля на верхний магнит устройства методами программной системы конечно-элементного анализа ANSYS с использованием элементов, моделирующих затухание поля в дальней зоне. Сравнение результатов. 22

2.1.7 Расчет магнитостатического трехмерного поля в кусочно-однородной трехмерной области. Расчет силы магнитного поля на нижний магнит устройства. Сравнение результатов. 24

2.1.7.1 Стратегии решения задачи. 24

2.1.7.2 Расчёт трёхмерной магнитостатической задачи на примере исследуемой установки 26

2.2 Эксперимент. 29

2.2.1 Описание установки. 29

2.2.2 Экспериментальные данные. 30

2.3 Сравнение результатов рассчитанных методами программной системы конечно-элементного анализа ANSYS с экспериментальными. 31

Глава III. Магнитный Держатель. 33

3.1 Численное решение. 33

3.1.1 Постановка задачи расчета поля и силы магнитного поля исследуемой установки. 33

3.1.2 Расчет магнитостатического осесимметричного поля в кусочно-однородной изотропной области для различных значений воздушного зазора между магнитной системой и основанием. 35

3.1.3 Расчет силы магнитного поля на ферромагнитное основание методами программной системы конечно-элементного анализа ANSYS. 38

3.1.4 Исследование сходимости методов расчета силы магнитного поля в зависимости от количества элементов воздушного зазора между магнитным держателем и основанием. 38

3.3.5 Исследование явления насыщения железа в зависимости от толщины основания. Сравнение линейной и нелинейной задач. 42

3.2 Эксперимент. 44

3.3 Сравнение результатов. 47

Приложение. Охрана труда. 48

Список литературы. 58

Введение

Тела, являющиеся самостоятельными источниками магнитного поля, т.е. возбуждающие его при отсутствии обмоток, обтекаемых электрическими токами, называются постоянными магнитами. Свойства постоянных магнитов могут быть объяснены особой ориентировкой внутремолекулярных токов.

В настоящее время постоянные магниты активно применяются в различных отраслях: экология (магнитные системы очистки промышленных газовых и жидкостных выбросов, магнитные ловушки и зонды, сепараторы для линий переработки техногенных отходов и отработавшего оборудования), транспортные системы (магнитные системы, позволяющие перемещать магнитные материалы или специальные контейнера в различных плоскостях, не допускающих присутствия человека по тем, или иным причинам), компьютерная (моторы драйверов и компакт-дисков, шаговые двигатели дисководов).

Для большинства этих целей раньше применялись электромагниты. Это объяснялось тем, что по энергетическим и массогабаритным показателям постоянные магниты долгое время значительно уступали электромагнитам. Отметим два недостатка электромагнитов. Во-первых, электромагнит требует присоединения к мощному внешнему источнику питания. Во-вторых, при случайном разрыве питающей цепи удерживающая сила исчезает, что может привести к аварии.

Указанных недостатков лишены постоянные магниты. Постоянные магниты изготавливаются из магнитотвердых, с широкой петлей гистерезиса, материалов. Для магнитопроводов применяются магнитомягкие материалы. Основная особенность магнитных материалов состоит в том, что они способны сохранять запас магнитной энергии после воздействия на них достаточно сильного магнитного поля. [2] С развитием применения редкоземельных металлов появились высокоэнергетические постоянные магниты, пригодные для создания сильных магнитных полей. Постоянные магниты из порошковых материалов (спеченные и магнитопласты) на основе интерметаллического соединения Nd2Fe14B обладают наивысшими значениями магнитных свойств среди высококоэрцитивных материалов. Необходимые для производства магнитопластов высококоэрцитивные порошки обычно получают закалкой из жидкого состояния с последующей скоростной термической обработкой. Последнее необходимо для распада полученной при закалке расплава аморфной фазы.

Спеченные постоянные магниты на основе сплавов типа Nd-Fe-B обладают следующими преимуществами с точки зрения миниатюризации магнитных и электротехнических устройств.

-более высокие магнитные параметры по сравнению с литыми и ферритовыми магнитами (NdFeB в 8-10 раз мощнее ферритов)

-возможность создания сильных магнитных полей при малых габаритах

-одно из наилучших отношений энергетического произведения к цене

Эти обстоятельства позволяют существенно расширить область применения магнитных грузозахватных устройств.При проектировании таких устройств основное внимание следует уделить определению удерживающей силы.

В данной дипломной работы рассматриваются два устройства с постоянными магнитами NdFeB: магнитная пружина и магнитный держатель. Широкого применения в промышленности «магнитная пружина» пока не получила, но в будущем может быть использована там, где обычная пружина не применима. Уже сейчас спроектирована магнитная кровать голландским архитектором Janjaap Ruijssenaars. В ней содержится достаточно магнитов, чтобы удержать в воздухе до 900 кг.

Магнитный держатель предназначен для установки и фиксации деталей, в процессе сборочных и монтажных работ. Рассматривалось реальное устройство, для которого необходимо определить его удерживающую силу.

Глава I. Основные положения метода конечных элементов для решения электромагнитных задач

Похожие работы

Автоматизированный анализ проектирования на микроуровне

Скачать

47503

2

14

... задачи, а именно: 1. Создана расчетная схема анализа на основании сравнительного анализа численных методов, а также программных и технических средств их осуществления; 2. Создан выбор метода автоматизированного анализа объекта проектирования; 3. Спланирован и проведен эксперимент, анализируя результаты которого, приходим к выводу, что данная модель может использоваться с параметрами: r = 5 R = ...

Стандатризация программных средств

Скачать

344008

16

23

... назначение, содержание и описание функциональных характеристик, субхарактеристик и атрибутов, определяющих специфические особенности целей, задач, свойств и сферы применения конкретного программного средства – его функциональную пригодность; ·           конструктивные характеристики качества, способствующие улучшению и совершенствованию назначения, функций и возможностей применения ПС; ...

Системы автоматизированного проектирования

Скачать

43314

0

4

... являются Лоцман:PLM компании Аскон, PDM STEP Suite, разработанная под НПО "Прикладная логистика", Party Plus компании Лоция-Софт и т.д. Итак, термин САПР (система автоматизации проектирования) подразумевает комплексный подход к разработке изделия и включает совокупность систем CAD/CAM/CAE. Развитие систем геометрического моделирования, анализа и расчета характеристик изделия сопровождается ...

Предмет и объект прикладной информатики

Скачать

308601

37

3

... производительных сил, тем быстрее повышается Б. населения. В еще большей степени Б. связано с эффективностью социально-экономической политики в данном обществе. Информатика как наука. Предмет и объект прикладной информатики. Системы счисления Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и ...