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QuickField 电磁,热,应力多物理场有限元分析软件

时间:2017-08-04 14:17来源:未知 作者:Tsingso 点击:
QuickField是丹麦Tera公司的一款高效的电磁、热、应力多物理场有限元分析软件包。Tera公司成立于1999年,继承了原美国加利福尼亚Tera Analysis公司的QuickField软件开发、经销和客户支持方面


QuickField是丹麦Tera公司的一款高效的电磁、热、应力多物理场有限元分析软件包。Tera公司成立于1999年,继承了原美国加利福尼亚Tera Analysis公司的QuickField软件开发、经销和客户支持方面的业务活动。公司致力于开发最新的物理场建模方法,使FEA分析成为任何机电设计过程中最常用和便捷的一部分。QuickField包括一系列的分析模块,采用最新的求解方法。具有友好的用户界面、稳定快速的求解速度和功能强大的后处理器。是机电工程师和分析师的绝佳CAE设计分析工具。

QuickField的应用领域

教学应用

QuickField是专业工程师、设计师和研究人员的强大辅助工具,也是高中、本科或者研究生课程的旗舰教学工具。
Ø QuickField 能够适用于非常广泛的教学应用范围。
Ø QuickField具有非常友好简单的用户界面。
Ø 用户不需要专门的培训,甚至可以没有任何数学背景。
教师:
l 解释研究过程及效果的物理本质和演示工业设备操作的基本原理
l 生成各种条件下物理场的图片
l 通过向学生展示如何对他们所学的场等式和方程式进行可视化,以使学生培养“实践工程”的理念
l 以示例模型的形式准备学生课业,或让学生使用QuickField做出一个设计概念
学生:
l 提升他们对各种过程与效果的理解
l 作为学生研究项目的辅助工具
l 通过初级FEA分析,增加对现代CAD/CAE技术的基本理解;
l 获得利用实际工程工具的经验

工程应用

QuickField可有效应用于众多工程项目,通常,QuickField 可用于设计电动机、涡轮发电机、制动器、传感器、扬声器、变压器、传输线、热传导系统,以及其它复杂的电子和电动设备。

QuickField是一套完整的设计分析工具

模型生成
QuickField模型编辑器支持用户快速、轻松、完整的定义模型。也可以通过DXF导入/导出与外部CAD软件交换数据。
网格划分
Quickfield采用自动划分网格方法,用户甚至不需要选择网格尺寸,因为前处理器已经内嵌了精密的网格程序,它可以根据您的几何模型自动划分平滑的网格。用户也可以指定几何区域或边界,手动划分和修改网格。
求解器计算
QuickField 开发了新的专利技术“几何分解法”,解决了常规有限元分析的主要缺点,提供了一种极其高效的有限元仿真工具。
数据后处理
QuickField强大交互式后处理器能够呈现不同形式的计算结果,包括:张量绘图、矢量绘图、场分布线、粒子轨迹、彩图、任意轮廓图、截面图。QuickField具有功能强大的计算器,能够展示各种设计参数值和计算任意区域的面或体积积分值。后处理器能够将数据以表格形式输出,供用户的在第三方软件使用。

QuickField的功能

模拟及分析电磁场、温度场、力场和多物理场耦合的效应。

DC magnetic 直流磁场

直流磁场(静磁)模块可用于分析静磁场问题。这里的静磁场可由外部激磁或直流电流产生,也可由永磁体产生或者是直接由边界条件设定的外场。当交流频率低到可以用静态来考虑时,直流磁场和交流磁场相像。但与交流磁场不同的是,直流磁场模块允许在场模式中包含任意的非线性材料和具有强磁力的永磁体。
直流磁场模块是用来设计和分析螺线管、电动机、传感器、磁屏障、永磁体、激励器、磁盘驱动器等装置的。
直流磁场模块的特征 :
l 材料:线性或非线性磁导率 
l 处理B-H曲线的特殊功能
l 具有线性或非线性退磁曲线的永磁体 
l 超导体 
l 并联和串联 
l 狄氏边界条件和纽曼边界条件 
l 对轴对称公式采用特殊的近似函数,保持旋转轴附近参数的高度准确性。 
结果:磁流密度、磁场强度、磁势、磁导率、磁能、自感和互感、电磁力、扭矩及其它积分变量。
耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构耦合)。 
AC Magnetic 交流磁场
交流磁场模块可用于多种问题的分析。比如需要研究源电流时谐变化产生的磁场或时谐磁场产生的电流(涡流)、集肤效应、近场效应、计算阻抗、焦耳损耗、电磁力。作为电磁仿真的一种特殊类型,交流磁场分析要求所求解的问题中电流和电压具有相同的频率,所有的介质需要有线性的参数。否则,非时谐问题就需要用瞬态磁场分析了。然而,交流磁场模块运算速度快,是解决复杂的电磁问题的首选方法。
交流磁场模块能够非常好的应用于设计感应热装置、绕组、变压器、螺线管、电动机,以及其它的感应器。
交流磁场模块的特征: 
l 材料: 各向异性介电常数, 已知电流或电压的载流导线。
l 负载: 电压、总电流、多相交流电、电流密度,外加场。
l 边界条件: 指定电压值 (狄氏条件), 指定切向通量密度 (纽曼条件)
超导体 
结果: 磁势、电流密度、电压、通量密度、场量密度、力、扭矩、焦耳热、磁能、交流阻抗、自感和互感系数及其它积分量. 大多数量都表示为振幅-相位形式(复杂情形),有必要时,也可表示为平均时间的函数和RMS值。
耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构耦合)。损耗的能量可成为热源,并做热分析(发电机-热耦合) 
Transient Magnetic 瞬态磁场
瞬态磁场模块是专为低频和中频电磁场的瞬态过程设计的。在QuickField中瞬态磁场分析通过时阶与直流磁场联合在一起。所以,直流磁场分析的特征在瞬态磁场模块中能够全部体现。瞬态磁场模块可用于研究开关的on/off切换,故障运行,非线性磁性材料装置的交流感应,有源电装置的脉冲分析,以及其它交流和直流方法不能很好解决的仪器设备的动态物理过程。瞬态磁场仿真可以和电路耦合应用。 
瞬态磁场模块可用于设计和分析电磁装置,比如螺线管、电磁传感器、电动机、磁屏蔽罩、永磁体,以及这些东西的组合扩展。
瞬态磁场模块的特征: 
l 材料:线性或非线性磁导率 
l 处理B-H曲线
l 具有线性或非线性退磁曲线的永磁体 
l 对轴对称公式采用特殊的近似函数,保持旋转轴附近参数的高度准确性。 
结果:磁流密度、磁场强度、磁势、磁导率、磁能、自感和互感、电磁力、扭矩及其它积分变量。
耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构耦合)。损耗的能量可成为热源,并做热分析(发电机-热耦合) 
Electrostatic 静电场分析
静电模块可用于仿真已知电荷/电荷密度或电压分布产生的电场。QuickField的静电模块可以仿真电荷粒子在电磁场中的运动轨迹。静电模块可用于设计分析绝缘系统,电缆和电容,电子管,高压设备。同样也可用于电磁兼容性,生物医学等方面的研究。
静电模型特征:
l 各向异性介电常数
l 分散或集中电荷
l 浮置导体
l 狄氏边界条件和纽曼边界条件
结果: 电压、电场、电位移、电容、电梯度、应力、扭矩以及其它积分量, 粒子运动轨迹。
耦合:电场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构耦合)。 
DC Conduction直流传导
直流传导(电流流)模块可以仿真导体介质中的直流电分布。在QuickField的直流导体模块中,电流可能由施加在导体上的电压产生,也可能边界区域上有已知电流密度。直流导体分析模式是其它电场分析的很好的补充,如QuickField中的静电和交流导体模块。
直流传导模块可用于传导系统的设计和分析,比如连接器,印刷电路板,生物医学中的生物导体等等。
直流传导模块的特征:
l 各向异型介电常数
l 电压源或电流密度源
l 狄氏边界条件和纽曼边界条件
l 结果: 电压、电流密度、电场、能量损耗、表面电流、以及其它积分量。
l 耦合: 损耗的能量可成为热源,并做热分析(发电机-热耦合)
AC Conduction 交流传导
交流传导模块可用于分析由在边界区域上的时谐电压或时谐电流产生的电场。并且假定电介质具有非零小介电常数。在交流传导分析中所关心的物理量是电压,感应电流,电场,焦耳损耗,电容和电场力。
交流电分析模块可用于设计和分析多种传导系统,如电容器,电缆绝缘系统以及其他应用技术。
交流传导模块的特征: 
l 各向异性传导率 
l 各向异性介电常数 
l 电压源和电流密度源
l 狄氏边界条件和纽曼边界条件 
结果: 电压、电场、传导和反向电流密度、通量密度 (电位移) 、焦耳损耗、自感和互感电容、力、扭矩和电能。
耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构耦合)。损耗的能量可成为热源,并做热分析(发电机-热耦合) 
Heat Transfer 热传模块
热传模块是用来分析稳态和瞬态热传过程的温度分布。 热传模块中的热源可以直接从QuickField中的其它问题指定,如交流磁场分析所得的焦耳热损耗。
热传模块可用于设计和分析许多不同的电系统和机械系统的温度性能。 
热传导模块的特征 
l 具有任意初始场分布的稳态或瞬态公式,非线性热源和可变时间参数
l 非线性或各向异性属性。
l 散热源或集中热源
l 热源是温度的函数
l 热源由电能损耗产生
l 边界温度和热通量
l 对流/辐射边界条件
结果: 温度,热通量, 热量梯度,各部分的热量损耗, 其它积分量。
耦合: 产出温度可以在稳恒或瞬态环境下用做热压力分析。也可以在其他稳恒或瞬态问题的结果上做瞬态热传递分析
Stress analysis 应力分析
应力分析模块可用于计算机械应力,应变和变形。 应力分析模块中的力可在QuickField其它问题中指定或导入。如电磁力或热应力。这样的分析通常是用QuickField仿真复杂电机械装置的最后一个步骤。
应力分析模块的特征: 
l 平面应力、表面张力、轴对称应力问题
l 各向异性弹性属性 
l 分散或集中负载 
l 热应力,电磁力 
l 多种支撑条件 
结果: 位移、应力分量、主应力、 Von Mises应力、Treska应力, Mohr-Coulomb 准则和 Drucker-Prager 准则
Electric circuit analysis 电路分析
在QuickField中交流和瞬磁问题通常定义为电磁场中模型的表面电流。这些公式适用于仿真电磁设备,如具有复杂绕组的马达,组合负载的变压器,也可分析无场情况下的电流问题。
电流分析模块的特征:
l 被动元件和主动元件;
l 负载: 恒量, 正弦源或复杂脉冲源(可用函数描述电源参数) 
结果:各元器件的电压,电流和阻抗。电流和电压随时间变化曲线。 
Multi field coupling 多场耦合
QuickField能够分析多物理场问题。因为,经常需要同时仿真多个物理场或者某个场的分析输出结果需要做为另一个场的输入数据。第二种情况必须在相同的几何模型上定义多物理场,也可能考虑到计算出的加载量或场源分布,以及其它的人为定义的负载和边界条件。
您可以在一个问题中联合几个耦合类型。比如,当在一个模型文件中计算出独立的电流分布,静电和磁场后,你可以根据焦耳热计算温度分布,然后再同时分析由温度,电和磁产生的应力。
支持以下几种耦合类型(目前只支持2D)

QuickField的特点

Ø 使用简单
QuickField操作简单,不需要培训就能上手,简单的参数建模工具LabelMover,把复杂的分析难题转化成一系列连续的简单步骤,只需点击鼠标操作。 
Ø 高效性的求解器
QuickField 特有的“几何分解法”FEA求解器,具有较其他常规FEA求解器更高效的求解速度。最优化了网格划分,可快速内完成从粗糙到精细网格尺寸的完美过渡。下图给出计算速度和内存测试数据。
计算机配置:戴尔T5500,CPU: Intel(R) Xeon(R) E5530 2.4 GHz (4 cores),RAM: 8Gb.
QuickField求解问题类型: 线性静电场分析

Ø FEA内核ActiveField technology  
QuickField 的特色在于它具有一个高效和友好的有限元分析内核。现在有限元分析的基础上,QuickField也变成了一个开放的工程应用软件开发平台,所有用户可以不仅仅拘泥于QuickField的图形用户界面,还可以在QuickField内核的基础上开发自己的专业程序或软件。而使用的开发语言包括最新的Visual Basi,C++,Delphi等等。
 
Quickfield的应用实例
Ø 模拟分析风雨引起的电场应力分布

Ø 模拟分析电缆应力控制管的应力分布

Ø 模拟分析电缆应力控制管的应力分布

(责任编辑:Tsingso)