盛洪江+李越林

摘要：将Ansys与“工程电磁场”课程教学相结合，阐述有限元软件在电磁场数值计算分析及仿真教学中的作用。通过具体例子说明有限元软件数值仿真在“工程电磁场”教学中对学生加深电磁场基本概念的理解形象直观作用，对提高学生实践动手能力和学习兴趣等方面具有一定的意义。

关键词：工程电磁场；ANSYS；仿真

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）15-0164-02

“工程电磁场”是一门理论性比较强的课程，要求学生具有较好的数学基础，尤其是对场论的掌握，因此课程公式较多，并且抽象，给课程的学习增加了难度。有限元法[1-2]是求解边值问题的数值计算方法，利用有限元方法对电磁场一些简单工程问题的求解可以使工程电磁场的一些物理概念更直观更形象，有助于学生加深对基本概念的理解，提高对工程电磁场课程的学习兴趣，同时也有助于提高学生处理和解决实际工程问题的能力[3]。随着计算机理论的迅猛发展和有限元技术的逐渐成熟，不同形式的电磁场均可以通过相应的有限元软件来实现，使本来看不见、摸不到的电磁场可以通过场图的形式表达出来。学生在理论知识的基础上，通过设置不同的求解域、边界条件、分界面的衔接条件等，对比不同条件下的场图，得到更为直观和形象化的电磁场模型[4]。

1 实例

导体块嵌入理想的铁磁体中，给定的方向的电流，分析计算该导体块的磁场，能量，焦耳热损失，和洛仑磁力。

a） 方块导体的电磁计算示意图

b）方块导体的洛仑磁力计算示意图

如图1a所示，导体块的磁导率为，和电阻率，方向上的电流为。长宽高分别为：，，，导体块上下面及左面满足磁通量垂直的边界条件，在电流的入口及出口端面和右面满足磁通线平行条件。

理论计算：

2 运行结果

2.1 仿真云图

图2a、2b给出了Ansys所求导体沿x方向磁感应强度等值线图及矢量图，注意的是这些值取得都是在节点上做平均值后的数据，可看成是单元中心的值，即

等处的值。图2c、2d为导体沿x方向磁场强度等值线图及矢量图，这些值也可看成是单元中心的值

2.2 数据表格

表1给出了Ansys计算的所求导体各单元的磁场强度、磁感应强度、电流密度、焦耳热、电磁力、储能及总计，我们可以将该表和前面的计算结果比对，其符合度还是很好的。注意的是计算磁场强度和磁感应强度时应考虑各单元的中心位置。

3 结论

本文通过求一导体的电磁参数的实例，将理论计算结果与Ansys的仿真计算结果进行比对，得出了比较一致的结果。其他相关实例也可如法进行，也可应用于工程电磁场课程的仿真实验中去。将有限元法与“工程电磁场”教学相结合，通过有限元软件对电磁场问题的仿真计算，电磁场相关参数以更直观、更丰富多彩的形式展现出来，加深了学生对电磁场问题的直观认识，拓展了学生的知识面，较大的提升学生的学习兴趣及动手能力的培养。

参考文献：

[1] 王泽忠.工程电磁场[M].北京：清华大学出版社， 2004.

[2] 倪光正，杨仕友，邱捷，等.工程电磁场数值计算[M].北京：机械工业出版社， 2012.

[3] 李亚莎.有限元法及其在“工程电磁场”教学中的应用[J].电气电子教学学报， 2011，33：104-105.

[4] 汪东欣. 基于有限元法的工程电磁场形象化教学研究与探讨[J].大庆师范学院学报， 2013，6（33）： 135-138.