平行雙線的電場(chǎng)仿真課程設(shè)計(jì)的目的與作用.docx

1. 課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的 電磁場(chǎng)與電磁波課程理論抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算繁雜，將Maxwell軟件引入教學(xué)中，通過(guò)對(duì)典型電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場(chǎng)的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量 1.2設(shè)計(jì)作用 電磁場(chǎng)與電磁波主要介紹電磁場(chǎng)與電磁波的發(fā)展歷史、基本理論、基本概念、基本方法以及在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，內(nèi)容包括電磁場(chǎng)與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場(chǎng)與恒流電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的邊值問(wèn)題、靜磁場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)和麥克斯韋方程組、準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、平面電磁波的傳播、導(dǎo)行電磁波以及諧振器原理等。全書(shū)沿著電磁場(chǎng)與電磁波理論和實(shí)踐發(fā)展的歷史脈絡(luò)，將歷史發(fā)展的趣味性與理論敘述和推導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)介紹了電磁場(chǎng)與電磁波在日常生活、經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。書(shū)中的大量例題強(qiáng)調(diào)了基本概念并說(shuō)明分析和解決典型問(wèn)題的方法；每章末的思考題用于測(cè)驗(yàn)學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容的記憶和理解程度；每章的習(xí)題可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于公式中不同物理量的相互關(guān)系的理解，同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用公式分析和解決問(wèn)題的能力。2 設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 平行雙線的電場(chǎng)仿真 如圖1所示，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線相距400mm，導(dǎo)線半徑20mm，其材料(material)是鐵（iron），場(chǎng) 域中介質(zhì)是空氣（air）(,)。其中：一導(dǎo)線電勢(shì)為5000V，另一支導(dǎo)線電勢(shì)為0；求：計(jì)算平行雙線周圍的電場(chǎng)分布，并計(jì)算單位長(zhǎng)電容。 圖 12.2 Maxwell軟件環(huán)境： Ansoft Maxwell 是低頻電磁場(chǎng)有限元仿真軟件，在工程電磁領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它 基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場(chǎng)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機(jī)械、石油化工、汽車、冶金、水利水電、航空航天、船舶、電子、核工業(yè)、兵器等眾多行業(yè)，為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用作出了巨大的貢獻(xiàn).3電磁模型的建立 3.1建模 Project Insert Maxwell 2D Design FileSave asliuhui（工程命名為“l(fā)iuhui”）圖 2 選擇求解器類型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic 圖 3創(chuàng)建左導(dǎo)線DrawCircle 左導(dǎo)線起點(diǎn)：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dY）=（20,20,0） 圖 4Assign Material 鐵（iron）圖 5 創(chuàng)建右導(dǎo)線Draw Circle 右導(dǎo)線起點(diǎn)：（X,Y）=（400, 0,0）坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）=（20,20,0） 圖 6Assign Material 鐵（iron）圖 7創(chuàng)建場(chǎng)域中介質(zhì)DrawRectangle 場(chǎng)域起點(diǎn)：（X,Y,Z）=（400, 100,0）坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）=（-400, -100,0） 圖 8Assign Material 空氣（air）(,)。圖 93.2.設(shè)置激勵(lì) 選中左導(dǎo)線 Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 5000V圖 10選中右導(dǎo)線Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 0V圖 114電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析 4.1 電磁模型計(jì)算 設(shè)導(dǎo)線表面單位長(zhǎng)度帶電+，-兩線間任意點(diǎn)P的場(chǎng)強(qiáng)： E= U= 單位長(zhǎng)度電容：=4.1838pF 4.2軟件仿真 4.2.1 參數(shù)設(shè)置 設(shè)置計(jì)算參數(shù)： Maxwell 2D Parameters Assign Matrix Voltage1, Voltage2圖 12設(shè)置自適應(yīng)計(jì)算參數(shù)：Maxwell 2D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次數(shù)：Maximum number of passes 10誤差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分單元比例：Refinement per Pass 30%圖 13圖 144.2.2檢查并運(yùn)行 Maxwell 2D Analyze All，后計(jì)算機(jī)就開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算圖 15 4.3軟件仿真結(jié)果 4.3.1Voltage,E,D及Energy的分布 檢查完畢后，Maxwell 2D Fields Fields,分別選擇Voltage,E,D,還 有Other Energy. 圖 16 4.3.1雙導(dǎo)線中心連線的電場(chǎng)分布繪制雙導(dǎo)線中心連線，Draw Line,以左邊導(dǎo)線的中心為起點(diǎn)，右邊導(dǎo)線中心為中點(diǎn)繪制中心連線。圖 17Maxwell 2D Results Create Fields Report Rectangular Plot , Geometry Polyine 1,再分別選擇Voltage,E,D,Energy。圖 18 由上面電壓變化曲線圖可知：從左邊導(dǎo)線中心到28mm時(shí)候，電壓保持在5000V，沒(méi)有發(fā)生改變；從372mm處到400mm之間，電壓保持在0V不變;而在28mm到372mm之間，電壓隨距離的變化呈線性遞減。圖 19 圖 20圖 21圖19，圖20，圖21分別為場(chǎng)強(qiáng)，電位移密度，能量變化圖。有以上圖可以明顯的看出：在從左邊導(dǎo)線中心到28mm之間，以上三值均為0；從372mm處到400mm之間，以上三值也均為0；而從28mm到372mm之間，三條曲線均保持同一個(gè)變化規(guī)律：先遞減，中間有一段平衡距離，隨后遞增。 4.3.3計(jì)算單位長(zhǎng)電容 Maxwell 2D Fields Calcalator,Input Quantity Energy,Geoemtry AllOblects, Scalar 的積分號(hào)，Output Eval. 圖 22由圖可知，能量為0.00008174J，再由公式 C=2W/V*V 計(jì)算出電容值C=3.2pF.5 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)電磁場(chǎng)電磁波這門課又重新的認(rèn)識(shí)，其并不僅僅是書(shū)本上的死知識(shí)，而是與生活緊密相連，就好比一個(gè)簡(jiǎn)單地平行直導(dǎo)線，電壓，電位移分布并不僅僅是看上去那么簡(jiǎn)單。 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)后，使我懂得：理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有這樣，才能使得我們更好的掌握和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，從而提高學(xué)習(xí)興趣。6 參考文獻(xiàn)： 1 蘇東林，陳愛(ài)新，謝樹(shù)果.電磁場(chǎng)與電磁波.北京：高等教育出版社，2009 2 謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場(chǎng)與電磁波M.4版.北京：高等教育出版社，2006 目 錄1. 課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)作用12 設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹12.1設(shè)計(jì)任務(wù)12.2 Maxwell軟件環(huán)境：23電磁模型的建立24電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析85 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)146 參考文獻(xiàn),.14課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào) 課程設(shè)計(jì)題目電磁場(chǎng)與電磁波仿真設(shè)計(jì)-平行雙線的電場(chǎng)仿真 一導(dǎo)線電勢(shì)為5000V，另一支導(dǎo)線電勢(shì)為0。實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1) 利用電磁場(chǎng)仿真軟件maxwell 完成典型電磁產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)；2) 完成幾何建模、材料選擇、邊界條件設(shè)置、加載激勵(lì)及場(chǎng)的求解等3) 在maxwell環(huán)境下進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，并給出最后的場(chǎng)圖及對(duì)應(yīng)的參數(shù)。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:第1天：1.布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。2.查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第2-3天：1. 安裝maxwell軟件，熟悉maxwell軟件仿真環(huán)境。2. 在maxwell環(huán)境下建立幾何模型，學(xué)會(huì)材料選擇、邊界條