Ansoft Maxwell作為世界著名的商用低頻電磁場有限元軟件之一，在各個工程電磁領域都得到了廣泛的應用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉變為龐大的矩陣求解，在保證其計算的準確性和快捷性的前提下，新版軟件在操作界面上做了極大的調整，更加符合Windows操作習慣，其中工程樹和右鍵菜單都給使用者耳目一新的感覺。除了界面上的創新，新版Ansoft還具有分布式計算和并行計算的優點，以從容面對日益增大的仿真模型，此外還添加了瞬態電磁計算等新功能。Ansoft不僅可以對單個電磁機構進行數值計算，還可以對整個系統進行聯合仿真。作為我國引入較早的一款電磁場有限元軟件，其使用領域遍及電器、機械、石油化工、汽車、冶金、水利水電、航空航天、船舶、電子、核工業、兵器等眾多行業，為各領域的科學研究和工程應用做出了巨大的貢獻。

本書全面系統地介紹Ansoft Maxwell 12的基本使用方法。本書共分為三篇：第1篇介紹二維有限元基本原理，接著按照功能模塊分類的形式以及各個模塊的應用范圍配備實際的工程模型，盡量做到將復雜的軟件應用與工程實例相結合。其中包括二維模型建立、靜磁場、渦流場、瞬態磁場、靜電場和交直流傳到電場等內容。第2篇介紹三維電磁場的應用，同樣結合三維實際工程模型，將難以理解的三維電磁理論通過Step by Step的方式進行描述，本書的例程都來自工程和科研的實踐，一改實例簡單且與實際工程脫節的現狀。第3篇介紹RMxprt旋轉電機分析專家模塊，該模塊能分析較多的電機種類，通過對實際應用中的一臺三相異步電機的分析，介紹RMxprt模塊的應用。希望通過本書的學習，讀者不僅可以初步掌握Ansoft Maxwell 12，而且可以針對不同的實際問題迅速準確地建立其數值計算模型。

讀者對象

本書可作為理工科院校相關專業的高年級本科生、研究生學習Ansoft Maxwell 12版軟件的教材，也可作為廣大工程技術人員和科研工作者掌握Ansoft Maxwell 的參考書。

本書特色

? 本書的基礎和實例詳解并重，既是Ansoft Maxwell 12初學者的學習教材，也可作為對Ansoft Maxwell 12有一定了解的用戶制定工程問題分析方案、精通高級前后處理與求解技術的參考書。

? 注重理論和實際相結合，書中的例子均是來自實際應用。有限元軟件的應用難點是如何將實際工程分解成各個對應的Ansoft分析模塊，通過分析各個功能模塊中的模型，將復雜的實際工程模型轉變為簡單的問題。

? 有限元軟件的使用有一定的技巧，而使用技巧的積累需要經驗積累，筆者將許多應用技巧融匯于工程實例中，通過潛移默化的方式使讀者在學習過程中更規范、更準確地應用Ansoft來實現分析。

? 在本書例子的選取方面，盡量采用實際生產領域中的模型，以往的軟件學習書籍多采用自帶模型，這類模型雖能描述主要功能，但多與實際工程脫節。本書一改這種寫作風格，將高深的學術理論弱化，突出Ansoft在實際中的應用過程，側重于利用Ansoft協助分析和解決問題。

? 本書中所有的例子都可以按照書中給出的步驟實現，本書的模型和結果文件也隨書光盤一起贈送，以最大限度地提高讀者的學習效率。

分工與致謝

本書由哈爾濱工業大學的趙博和張洪亮共同編寫，具體分工如下：趙博負責本書的框架構思及第1、3、6～8和10～12章的編寫和統稿工作，張洪亮編寫本書的第2、4、5、9章，最后還需要感謝http://www.simol.cn西莫論壇中的各位朋友，書中的一部分例子出自西莫論壇。在本書的編寫過程中，參與具體工作的還有：陳洪軍、余偉煒、王呼佳、許志清、劉軍華、夏惠軍、張賽橋、張代全、萬雷、王斌、江廣順、李強、吳志俊、余松、郭敏、董茜、陳鯤、王曉。最后還要感謝中國水利水電出版社老師的辛苦努力，正是他們辛苦的付出，才使本書能在第一時間和讀者見面。

由于時間倉促，作者水平有限，書中錯誤、紕漏之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

 

前言
第1篇  Ansoft二維分析技術
 
第1章  Maxwell 2D快速上手 2
1.1  初識Maxwell 2D的界面環境 2
1.2  Maxwell 2D的模型繪制 4
1.2.1  曲線模型的繪制 5
1.2.2  曲面模型的繪制 9
1.3  Maxwell 2D的材料管理 11
1.3.1  常用硅鋼片材料的添加 12
1.3.2  永磁材料的添加 16
1.4  Maxwell 2D的邊界條件和激勵源 18
1.4.1  Maxwell 2D的邊界條件 18
1.4.2  Maxwell 2D的激勵源設置 24
1.5  Maxwell 2D的網格剖分和求解設置 31
1.5.1  Maxwell 2D的網格剖分設置 31
1.5.2  Maxwell 2D的求解設置 35
1.6  Maxwell 2D的后處理操作流程 40
1.6.1  求解場圖的查看 40
1.6.2  路徑上場量的查看 43
1.6.3  場計算器的應用 44
1.7  本章小結 46
第2章  二維電磁場理論和有限元基礎 47
2.1  二維電磁場基本理論 47
2.1.1  麥克斯韋方程 47
2.1.2  位函數及其微分方程 48
2.1.3  電磁場中的邊界條件 50
2.2  二維有限元計算方法 51
2.2.1  二維有限元法 51
2.2.2  電磁場求解后處理 55
2.3  Maxwell 2D靜磁場分析 56
2.3.1  靜磁分析理論 56
2.3.2  磁鏈與電感矩陣的計算 57
2.3.3  靜磁力和力矩的計算 59
2.4  Maxwell 2D渦流場分析 59
2.4.1  渦流分析理論 59
2.4.2  渦流與集膚效應 60
2.4.3  渦流分析中的阻抗矩陣 61
2.4.4  渦流分析中的力和力矩 63
2.5  Maxwell 2D瞬態磁分析 64
2.5.1  瞬態磁分析理論 64
2.5.2  鉸鏈導體 64
2.5.3  實體導體 65
2.6  認識Ansoft電磁場求解器 65
2.7  本章小結 67
第3章  Ansoft二維電場分析 68
3.1  二維靜電場（Electrostatic）應用 68
3.1.1  工程模型描述 68
3.1.2  電纜接口模型的前處理 69
3.1.3  電纜接頭模型的計算和后處理 76
3.2  交流傳導電場（AC Conduction）應用 79
3.2.1  電纜接頭模型前處理 79
3.2.2  電纜接頭模型后處理 81
3.3  直流傳導電場（DC Conduction）應用 83
3.3.1  電纜接頭模型前處理 84
3.3.2  電纜接頭模型后處理 87
3.4  本章小結 90
第4章  二維穩態磁場的求解 91
4.1  永磁同步電機靜磁場分析實例 91
4.1.1  問題描述 91
4.1.2  創建項目 91
4.1.3  構建幾何模型 95
4.1.4  材料定義及分配 104
4.1.5  激勵源與邊界條件定義及加載 109
4.1.6  求解選項參數設定 111
4.1.7  后處理 113
4.1.8  保存結果退出 118
4.2  感應電機渦流場分析實例 119
4.2.1  問題描述 119
4.2.2  創建項目 119
4.2.3  構建模型 119
4.2.4  材料屬性分配 123
4.2.5  激勵與邊界條件 124
4.2.6  求解設定 126
4.2.7  求解觀察 127
4.2.8  結果保存 129
4.3  本章小結 129
第5章  二維瞬態磁場的分析 130
5.1  無刷直流電機空載瞬態磁場分析實例 130
5.1.1  問題描述 130
5.1.2  創建項目 131
5.1.3  創建電機幾何模型 131
5.1.4  材料定義及分配 135
5.1.5  激勵源與邊界條件定義及加載 137
5.1.6  運動選項設置 141
5.1.7  求解選項參數設定 142
5.1.8  求解及后處理 144
5.1.9  保存結果退出 153
5.2  無刷直流電機負載瞬態磁場分析實例 153
5.2.1  問題描述 153
5.2.2  控制電壓電路設置 154
5.2.3  電機驅動主回路電路設置 159
5.2.4  電機電路設置 163
5.2.5  電路與有限元連接 166
5.2.6  機械運動設置 168
5.2.7  機械穩態后處理 169
5.2.8  機械瞬態后處理 171
5.2.9  保存結果退出 174
5.3  圓筒直線永磁電機瞬態磁場分析實例 174
5.3.1  問題描述 175
5.3.2  創建項目 175
5.3.3  創建電機幾何模型 176
5.3.4  材料定義及分配 179
5.3.5  激勵源與邊界條件定義及加載 180
5.3.6  運動選項設置 183
5.3.7  求解選項參數設定 184
5.3.8  求解及后處理 186
5.3.9  保存結果退出 189
5.4  本章小結 189
 
第2篇  Ansoft三維電磁場的應用
 
第6章  Maxwell 3D使用基礎 192
6.1  Maxwell 3D的模型繪制 192
6.1.1  實體模型的繪制 192
6.1.2  實體模型的繪制 195
6.2  Maxwell 3D的求解器和材料庫 201
6.3  Maxwell 3D的激勵源和邊界條件 201
6.4  Maxwell 3D的網格剖分和求解設置 207
6.5  Maxwell 3D的后處理操作 211
6.5.1  三維物體內的場圖繪制 211
6.5.2  已知路徑上的場圖繪制 214
6.6  本章小結 215
第7章  三維電磁場有限元基礎 216
7.1  三維網格剖分單元和系數矩陣建立 216
7.1.1  三維網格剖分單元類型 216
7.1.2  四面體單元類型的基函數 217
7.1.3  基于四面體單元的系數矩陣 220
7.2  三維電磁場計算原理 221
7.2.1  三維電場計算原理 221
7.2.2  三維靜磁場計算原理 221
7.2.3  三維渦流場計算原理 222
7.2.4  三維瞬態場計算原理 223
7.3  本章小結 224
第8章  Ansoft三維電場應用 225
8.1  三維靜電場的使用 225
8.1.1  三維模型的繪制 225
8.1.2  激勵源和邊界條件設定 228
8.1.3  剖分和求解設定 229
8.1.4  靜電場后處理場圖查看 230
8.2  三維直流傳導電場使用 231
8.3  三維瞬態電場的使用 236
8.3.1  三維實體模型繪制 236
8.3.2  激勵源設定和網格設定 237
8.3.3  求解設定和后處理 240
8.4  本章小結 243
第9章  三維靜磁場應用 244
9.1  平板型直線永磁電機3D靜磁場分析 244
9.1.1  問題描述 244
9.1.2  創建項目 245
9.1.3  創建電機幾何模型 245
9.1.4  材料定義及分配 249
9.1.5  激勵源與邊界條件定義及加載 251
9.1.6  求解選項參數設定 252
9.1.7  后處理 254
9.2  三維靜磁場中的參數化求解 259
9.2.1  三維線圈參數建模 260
9.2.2  三維線圈參數化激勵源施加 262
9.2.3  三維線圈材料給定 263
9.2.4  三維線圈參數化求解 264
9.2.5  三維線圈電感參數計算結果 266
9.3  本章小結 266
第10章  Ansoft三維渦流場應用 267
10.1  鼠籠型感應電動機三維模型建立 267
10.1.1  問題描述 267
10.1.2  三維鼠籠電機模型建立 267
10.1.3  在Maxwell 3D界面內建模 268
10.1.4  使用自帶快速建模工具建模 277
10.1.5  利用三維機械CAD軟件建模 283
10.2  鼠籠型感應電動機材料和激勵添加 285
10.2.1  三維鼠籠電機材料的添加 285
10.2.2  三維鼠籠電機激勵源和邊界條件 290
10.3  鼠籠型感應電動機參數和求解設置 296
10.4  鼠籠型感應電動機計算結果及后處理 297
10.5  本章小結 302
第11章  Ansoft三維瞬態磁場應用 303
11.1  電磁失電制動器三維實體建模 303
11.1.1  電磁失電制動器工作背景 303
11.1.2  電磁失電制動器三維模型建立 304
11.2  電磁失電制動器材料和激勵給定 311
11.3  電磁失電制動器剖分和求解設定 320
11.4  電磁失電制動器瞬態計算結果 325
11.5  本章小結 328
 
第3篇  Ansoft旋轉電機分析
 
第12章  RMxprt電機性能分析 330
12.1  RMxprt在三相異步電動機中的應用 330
12.1.1  工程模型描述 331
12.1.2  RMxprt使用前的準備工作 332
12.1.3  Y160M-4電機的參數設定 333
12.1.4  Y160M-4電機的仿真設定 344
12.1.5  Y160M-4電機的計算及結果察看 345
12.2  RMxprt與Maxwell 2D/3D的耦合 348
12.2.1  RMxprt導入至Maxwell 2D有限元模快 349         
12.2.2  RMxprt導入至Maxwell 3D有限元模塊 351
12.3  RMxprt模塊下的參數分析 352
12.4  本章小結 359

1. ANSYS SpaceClaim直接建模指南與CAE前處理應用解析 [王偉達 黃志新 李苗倩 編著]
2. FLUENT工程技術與實例分析 [周俊杰 徐國權 張華俊]
3. Ansoft HFSS磁場分析與應用實例 [曹善勇 編著]