ANSYS实例——导体球周围的电场分布

本例介绍一个带电导体球周围的电场分布。两个带电导体球分别半径为2，相距为10；电压分别为-5V和+5V，求解导体球周围的电场分布。

小组成员：刘德华，张学友

技术支持：郭富城

该部分的主要操作为：导入外部模型、整合模型、建立体、平移工作平面、恢复工作平面、重合所有的体、定义模型的单元和定义材料属性。该部分是由小组成员刘德华同学完成。

操作包括8个部分，如下见图a

图a

首先，导入外部模型。选择File→→Import→→IGES.出现的选项框中，MERGE Merge coincident keypts 项选择为NO，即把现存YES项勾去即可。点击OK，出现新的框框，点击【浏览】，找到所需文件model.igs后，点击【打开】，点击OK.最后点击Close,关闭框框。

操作结果如下，见图b

图b

然后，整合模型。选择左边框框中Preprocessor→→Numbering ctrls→→Merge Items.出现新的框框，顶格第一项Label Type of Item to be merge定义为all，点击ok。然后【Numbering ctrls】选项中选择Compress Numbers，在新的框框中选择all，点击ok。

建立体。点击左边框框大选项Modeling→→Create→→Volumes →→Arbitrary→→By areas。出现新的框框，鼠标杠杠变成一个箭头，先指着其中一个球，中间点一下，再上面点一下，期间颜色变换两次，点击ok。点击By areas，再对另外一个球重复此操作，点击OK。

建立体结束，可以查看一下。选择上边大选项，plot→→Volumes，建立两个体。

使用Ansys的自身建模方式，来建立周围环境的模型。

平移工作平面。点击上面的大选项Workplane→→Offset WP by Increments,右边出现新的框框。在【X,Y,Z Offsets】标题下的框框中输入【0.0.-10】，此操作即为【Z方向平移-10】。点击OK。

操作结果如下，见图c

图c

然后，再次建立体。Modeling→→Create→→Volumes→→Block →→By Center，Cornr,Z.出现新的框框，在宽、高、深选项中都输入【20】。点击OK。

恢复工作平面。点击上面大选项Workplane→→Align WP with→→Global Cartesian。

最后，采用Bool操作，重合所有的体。点击左边大选项Modeling →→Operate→→Booleans→→Overlap→→Volumes,出现新的框框，点击左下角的【pick all】。

定义模型的单元。点击左边大选项Preprocessor→→Element Type →→Add/Edit/Delete,出现新的框框。点击Add，增加，先增加3012单元，左上方（还算比较大的）框框选择Electrostatic，右上方（还算比较大的）框框选择3D Brick 122，点击OK。然后再点击add，增加，左上方（还算比较大的）框框选择InfiniteBoundary，右上方（还

算比较大的）框框选择，2D Inf Quad 110,点击OK。剩下的框框，点击close关闭。

定义材料属性。点击左边大选项Preprocessor→→Material Properties→→Material Models,出现新的框框。选择右边框框中的Electromagnetics→→Relative Permittivity→→Constant.出现新的框框，在PERX定义的选项框框中，填入1，点击OK。关闭之前出现的框框。

操作结果如下，见图d、图e

图d

图e

本例介绍的是带电导体球周围的电场分布。两个带电导体球分别半径为2，相距为10，电压分别为-5V和+5V，求解导体球周围的电场分布。

小组成员：刘德华，张学友

技术支持：郭富城

前面第一部分的主要操作为：导入外部模型、整合模型、建立体、平移工作平面、恢复工作平面、重合所有的体、定义模型的单元和定义材料属性。该部分是由小组成员刘德华同学完成。

接下来的操作包括有6个部分，是由身为另一小组成员的我来完成并进行分析。

操作步骤流程如下，见图1

图1

首先，关联材料属性。点击左边大选项Preprocessor→→Meshing →→Mesh Attributes→→Picked volumes.出现新的框框，在框框中下方的空白格中输入4，此操作为【选择体4】。点击OK，出现新的框框，点击OK。{Preprocessor→→Meshing→→Mesh Attributes→→}Picked Areas，选择面5到10.出现新的框框，点击【Min,Max,Inc],在其下面的空白格中填入【5，10】，点击OK，出现新的框框，定义单元类型，选择TYPE Element type number→→2 INFIN110，点击OK。

其操作步骤的作用为：在相关操作已完成的基础上（如建立体等），点击相应选项，输入相应数字，选择体，相对应的定义单元类型，为接下来的网格划分控制作好准备。尤其需要注意的是，当选择多个体

时，要定义好最小值、最大值和临界值，否则将导致操作出现错误。

部分操作如下，见图2、图3

图2

图3

然后，进行网格划分控制。点击{Preprocessor→→Meshing→→} Size Cntrls→→SmartSize→→Adv Opts,出现新的框框，不修改默认设置，

点击OK。左上角出现长条框框，点击close。点击Mesh Tool进行网格划分。右边出现大框框，点击左下方Mesh，左边出现大框框，在空白格中输入4，点击OK。网格划分结束。

操作结果如下，见图4

图4

然后，设置电压。Preprocessor→→Loads→→Define Loads →→Apply→→Electric→→Boundary→→Voltage→→On Areas.出现新的框框，在其间的空白格中输入【1,2】，点击OK，出现新的框框，在其间空白格中输入【5】，点击Apply。再在左边框框空白格中输入【3,4】，点击OK，再在新出现的框框空白格中输入【-5】，点击OK。

进行求解。点击选择左边大选项中Solution→→Solve→→Current LS，出现新的框框，点击OK，开始求解。求解结束，左上方出现框框，点击close，关闭。

求解结果如下，见图5

图5

然后，设置一下。选择上方大选项，PlotCtrls→→Style→→Edge options，出现新的框框，框框中其中一项选择Edge only/all，点击OK。进入一般划分处理器。点击左边大选项，General PostProc→→Plot Results→→Vector plot→→User defined.出现新的框框，最上面一个空表格输入【ef】，下面倒数第二个选择定义为Vector Mode，点击OK。电场分布出现。

电场分布结果如下，见图6

图6

最后，还可以创建一个面来观察这个面上的电场分布。

首先，选择点击上方的大选项，WorkPlane→→Offset WP by Increments,右边出现新的框框，在【XY，YZ，ZX Angels】定义的空格中输入【0.0.90】，此操作为【沿Z方向旋转90度】，点击OK。

然后，在左边的大选项中点击选择，General PostProc→→Surface Operations→→Create Surface→→On Cutting Plane，出现新的框框。在name长条定的空白格中输入【elecef】，点击OK。

然后，选择Select Surfaces，出现新的框框，点击OK。

然后，映射。选择Map Results，出现新的框框，在其间上面的小空白格中输入【elecef】，在下面的格子中选择DOF Solution→→Electrical Potential，点击OK。

然后，点击选择plot results，出现新的框框，选择elecef，下面的也是选择它，点击OK。显示电压分布情况。结束。

平面显示电压分布情况如下，见图7

图7