永磁体模拟快速入门

Fanny Littmarck 2013年 6月 21日

我之前写过几篇有关永磁体的博客,这里将会是另外一篇。阅读这些博客时,您可能会产生这样的疑问:“能不能更简单地介绍下永磁体仿真呢?”好的,这里就将介绍一下如何模拟永磁体以及它周围的磁场。

Horseshoe permanent magnet and metal rod 永磁体模拟快速入门
马蹄形永磁体和铁棒。

关于静磁

在开始模拟永磁体之前,让我们先快速浏览下静磁的一般概念。静磁的概念很简单,就是在磁流不随时间改变的系统中对磁场进行研究,即磁流是稳态的。这不同于我们之前讨论过的涡流制动器,其中的磁场会随时间改变。我们今天将讨论的具体永磁体模型,就是一个相当不错的静磁问题示例。

建立永磁体模型

假定我们希望模拟马蹄形永磁体周围的磁场。如本博客开篇的图形所示,我们还希望再探讨下永磁体与金属棒之间的相互作用。在模拟磁场和计算棒上的作用力时,我们可以充分利用几何的对称性和磁场的反对称性。虽然本问题的计算量并不大,但却是对称性概念的不错示例。我们已经知道了利用对称性可以帮助节省大量的时间,在我们的简单磁体示例中,仅需要模拟几何的 1/4。作为一个效率至上者,我要说这真的是一个很棒的技巧。

通过 COMSOL MultiphysicsAC/DC 模块,我们可以首先通过选定磁场,无电流接口来定义磁标势 Vm。该操作表示模型将使用适合的方程:–∇ ⋅ (μ0Vm – μ0M0) = 0。

接下来,我们希望从案例库中导入永磁体的几何。几何中包括马蹄形磁体和金属棒,不过正如您看到的那样,显示了整个组件:

Geometry of a permanent magnet and iron rod 永磁体模拟快速入门

上面提到过,我们可以充分利用问题的对称性和反对称性来加速仿真,现在我们就将这么操作。我们可以使用 xy-平面和 xz-平面来形成几何的外边界,它们分别对应了磁场的对称性和反对称性。为了实现这一点,我们需要创建一个空气框,然后移除几何中我们不想要处理的部分(对该操作的详细操作步骤,可以阅读永磁体模型文档)。

磁场与 xy-平面的边界相切,且垂直于 xz-平面的边界,二者分别为被描述为磁绝缘边界条件和零磁标量势边界条件。

模拟磁场,并计算金属棒上的力

如果我们绘制磁通密度,就可以可视化永磁体周围的磁场,还可以增加箭头图来显示磁场方向。

Visualization of a permanent magnets magnetic field 永磁体模拟快速入门

最后,我们可以使用全局计算来计算永磁体施加给铁棒的力。通过该方法,我们得到了磁铁在金属棒上的施加力为 1.53 N。请记住,我们仅模拟了几何的 1/4,因此棒上的实际作用力应为此值的 4 倍,也就是 6.11 N。

扩展阅读


Categories


Comments

  1. 海信 张 March 15, 2016   11:05 am

    你好,扩展阅读中 涡流制动器的链接一直打不开。不知道怎么可以看到,我的邮箱是zhxneu@163.com,谢谢作者

  2. 海信 张 March 15, 2016   11:09 am

    你好。扩展阅读中的涡流制动器,这个链接我打不开,不知道为什么。可以发一份文档给我吗?我的邮箱是zhxneu@163.com,谢谢!

  3. Yuansheng Zheng March 15, 2016   10:50 pm

    海信,您好。这个案例也可以在“案例下载”中找到:http://cn.comsol.com/model/magnetic-brake-2014

  4. 李 辉 July 19, 2016   11:34 am

    请问空气场有何用,新手

  5. kai zhang July 21, 2016   8:39 am

    电磁场的传输是需要媒介的,比如空气、水或是其他介质材料,场的传播必须是连续的,同时在空气中的磁场分布也是我们希望查看的。

  6. Liwang Ai October 29, 2016   12:01 pm

    您好,在pde接口广义偏微分方程下如何建立永磁体的模型?是通过设置方程?还是可以简单的设置边界条件?

  7. Liwang Ai October 29, 2016   12:07 pm

    请问在PDE接口下如何建立永磁体的模型?是定义边界还是怎么弄?

  8. Yuansheng Zheng November 7, 2016   1:06 am

    Liwang,您好!在 PDE 接口下需要设置边界条件,建议您直接使用现有接口,操作更简单。如果您还有其他技术问题,请发送邮件至 support@comsol.com

  9. chen zhuo November 21, 2016   9:27 am

    请问您对空气域尺寸的选择是怎么考虑的,另外是否可以通过选择空气模型矩形的外表面设定无限元后,再来计算。两者区别大吗?

  10. Yuansheng Zheng November 22, 2016   2:10 am

    Zhou chen,您好!空气域的尺寸选择需要根据您的计算精度和计算机的最大计算量有关。当然是空气域越大越接近真实情况,结果相应越准确。您也可以通过边界条件来设置,减少计算量,同时保证计算精度,比如您提到的无限元。
    您也可以参考下面的这篇博客来进行设置:
    http://cn.comsol.com/blogs/how-to-adapt-the-real-world-for-electromagnetics-simulations/

  11. 长友 林 January 1, 2017   9:15 am

    Hi comsol

    Would you help to answer this inquiry that I got from reading the doc:

    In the step of material setting, why the material of Domain 3, i.e, the red domain in the second picture attached in this blog, is not specified, only physics properties were done?

    I still wonder, is this a tips for computation? or never mind this, but instead, what is the material of Domain 3.

    Thanks very much.

  12. 长友 林 January 1, 2017   9:18 am

    Hi comsol

    Would you help to answer this inquiry that I got from reading the doc:

    In the step of material setting, why the material of Domain 3, i.e, the red domain in the second picture attached in this blog, is not specified, only physics properties were done?

    I still wonder, is this a tips for computation? or never mind this, but instead, what is the material of Domain 3.

    Thanks very much.

  13. 宇航 秦 January 3, 2017   9:06 am

    Hello 林长友,
    Thank you for your comment.
    For questions related to your modeling, please contact our support team.

    Online support center: https://www.comsol.com/support
    Email: support@comsol.com

  14. 宇航 秦 January 3, 2017   9:28 am

    Hi 林长友,
    感谢您的评论。
    模型相关的问题,请您联系我们的技术支持团队:
    在线支持中心:cn.comsol.com/support
    Email: support@comsol.com
    谢谢!

Loading Comments...