Maxwell基础教程仿真实例

说明：部分操作因版本不同存在差异

1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真

平板电容器模型描述：

上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）

介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）

激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。

要求计算该电容器的电容值

1.建模（Model）

Project > Insert Maxwell 3D Design

File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）

选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）

创建下极板六面体

Draw > Box（创建下极板六面体）

下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）

将六面体重命名为DownPlate

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建上极板六面体

Draw > Box（创建下极板六面体）

上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）

将六面体重命名为UpPlate

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建中间的介质六面体

Draw > Box（创建下极板六面体）

介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）

将六面体重命名为medium

Assign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）

创建计算区域（Region）

Padding Percentage：0%

忽略电场的边缘效应（fringing effect）

电容器中电场分布的边缘效应

2.设置激励（Assign Excitation）

选中上极板UpPlate,

Maxwell 3D> Excitations > Assign（计划，分配） >Voltage > 5V

选中下极板DownPlate,

Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V

3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）

Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix （矩阵）> Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）

Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup

最大迭代次数：Maximum number of passes > 10

误差要求：Percent Error > 1%

每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%

5. Check & Run

6. 查看结果

Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix

电容值：31.543pF

2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真

恒定电场：

导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction（传导））

恒定电场的源：

（1）Voltage Excitation，导体不同面上的电压

（2）Current Excitations，施加在导体表面的电流

（3）Sink（汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。只有在不使用Voltage Excitation时，才用Sink。保证0

??=

J

DC conduction求解器：

不计算导体外的电场，计算时，不考虑材料的介电常数参数。

例：绘出如下图所示导体结构中的电流流向图

1.建模（Model）

Project > Insert Maxwell 3D Design

File>Save as>Planar Cap（工程命名为“DC Conduction”）

选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> DC Conduction

创建导体Conductor

Draw > Box

起点：（X,Y,Z）>（1, -0.6, 0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1, 0.2,0.2）

将六面体重命名为Conductor

Assign Material > Copper（设置材料为铜）

创建另3个并列的导体

Select Conductor

Edit > Duplicate（重复）> Along Line（沿线复制）

输入line矢量的第1个点：（0，0，0）

输入line矢量的第2个点：（0，0.4，0）

输入复制总数：4（包括原导体）

创建导体Conductor_4

Draw > Box

起点：（X,Y,Z）>（0.8, -1, 0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0.2, 2.2,0.2）

将六面体重命名为Conductor_4

Assign Material > Copper（设置材料为铜）

创建导体Conductor_5

Draw > Box

起点：（X,Y,Z）>（0.8, -0.4, 0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（-1.2, 0.2,0.2）

将六面体重命名为Conductor_5

Assign Material > Copper（设置材料为铜）

创建导体Conductor_6

Select Conductor_5

Edit > Duplicate > Mirror（镜像复制）

输入对称镜像平面法向量在平面中的第1点坐标：（0，0，0）输入对称镜像平面法向量在平面外的第2点坐标：（0，1，0）上述设置表示镜像平面为XOZ平面

将六面体重命名为Conductor_6

创建导体Conductor_7

Draw > Box

起点：（X,Y,Z）>（-0.4，0.6，0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（-0.4, -1.2,0.2）

将六面体重命名为Conductor_sink

Assign Material > Copper（设置材料为铜）

创建计算区域（Region）

Padding Percentage：10%

2.设置激励（Assign Excitation）

按f，将体选择改为面选择

2.1 设置电流注入源

选中如下图所示6个面

Maxwell 3D> Excitations > Assign >Current > 1A

Maxwell 在上述6个面上产生6个输入电流激励源

2.2设置电流汇（Current Sink）

选中Current_sink导体的下列2侧面

Maxwell 3D> Excitations > Assign > Sink

3.设置剖分操作（Assign Mesh Operations）

选中所有物体，Ctrl+A

Maxwell 3D> Mesh operations> Assign> Inside Selection> Length Based 不选Restrict length of elements

选中Restrict the number of elements

输入maximum number of elements：10000（设置剖分单元的最大数量）

4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup Default

5. Check & Run

6. 后处理

绘出导体中的电流流向图

选中所有导体

Maxwell 3D > Fields > Fields >J > J_Vector

调节矢量箭头尺寸

3. 恒定磁场问题实例：恒定磁场力矩计算

计算如下图所示永磁体模块在线圈磁场中所受力矩。

1.建模（Model）

Project > Insert Maxwell 3D Design

File>Save as>Magnetostatic（静磁）（工程命名为“Magnetostatic”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Magnetostatic 创建线圈

Draw > Regular Polygon（创建线圈横截面）

中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 5, 0）

设置截面半径：（dX,dY,dZ）>（0.5, 0,0）

截面多边形边数：Number of Segments: 12

将多边形重命名为Coil（线圈）

选中Coil

Draw > Sweep > Around Axis（设置如下）

Assign Material > copper（设置材料为铜）

创建永磁体模型

Draw > Box（创建下极板六面体）

起点：（X,Y,Z）>（-3, -0.5, -0.5）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（6,1,1）

将六面体重命名为Magnet（磁铁）

Assign Material > NdFe35（设置材料为NdFe35铷铁硼材料）

设置磁体的磁化方向（X,Y,Z）>（1,0,0）（磁体沿x轴正方向磁化）

创建激励电流加载面（Create Section）

Select Coil

Modeler > Surface > Section

Modeler > Boolean > Separate Bodies（分离两Section面）

删除1个截面

Select 1个截面，Del

将剩下的1个截面重命名为“Section1”

旋转线圈和激励电流加载面

选中 Coil和Section1

创建计算区域（Region）

Draw > Region

Padding Percentage：100%

2.设置激励（Assign Excitation）

选中线圈截面：Section1

Maxwell 3D> Excitations > Assign > Current

Name: Current1

Value: 100

Type: Stranded（链）

3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）

选中 Magnet

Maxwell 3D > Parameters > Assign > Torque

Name: Torque1

Type: Virtual

Axis: Global::Z, Positive

4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）

Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup

最大迭代次数：Maximum number of passes ： 15误差要求：Percent Error: 1%

每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass : 30%

5. Check & Run

6. 查看结果

Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Torque

力矩：-2.9288E-005 (N·m)

XOY平面磁场强度幅值分布图

XOY平面磁场强度方向矢量图

4. 参数扫描问题实例：恒定磁场力矩计算

计算如下图所示铁块所受线圈磁场的作用力。

要求对线圈中的电流和铁块的高度做参数扫描，计算不同设置值时，作用力的大小。

1.建模（Model）