渦電流損失加熱

分类: 解析 | 综合版 2026-04-06

理论与物理

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时变磁场引起的导体内涡流损耗。变压器铁心或电机铁芯的损耗评估。采用薄板叠层降低损耗的策略。




控制方程




$$ P_e = \frac{\pi^2 d^2 f^2 B_m^2}{6\rho} $$
$$ \nabla \times (\frac{1}{\mu}\nabla \times \mathbf{A}) = \mathbf{J}_s - \sigma\frac{\partial \mathbf{A}}{\partial t} $$



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原来如此。那么,只要能描述涡流损耗加热,就基本没问题了,是吗?


离散化方法

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这个方程在实际中是如何用计算机求解的呢?


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使用有限元法(FEM)进行空间离散化。组装单元刚度矩阵,构建整体刚度方程。


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进行弱形式(变分形式)转换,并使用基于试函数和形函数的伽辽金法进行公式化。单元类型的选择(低阶单元 vs. 高阶单元完全积分 vs. 缩减积分)直接关系到解的精度与计算成本的权衡。




矩阵求解算法

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矩阵求解算法具体是指什么呢?


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通过直接法(LU分解Cholesky分解)或迭代法(CG法GMRES法)求解联立方程。对于大规模问题,带预处理的迭代法非常有效。



解法分类内存使用量适用规模
LU分解直接法O(n²)小~中规模
Cholesky分解直接法(对称正定)O(n²)小~中规模
PCG法迭代法O(n)大规模
GMRES法迭代法O(n·m)大规模·非对称
AMG预处理预处理O(n)超大规模
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也就是说,如果在有限元法这部分偷工减料,后面就会吃苦头对吧。我记住了!


商用工具中的实现

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那么,要进行涡流损耗加热分析,可以使用哪些软件呢?


工具名称开发商/现状主要文件格式
COMSOL MultiphysicsCOMSOL AB.mph
JMAG-DesignerJSOL Corporation.jmag, .jproj
Ansys Mechanical (旧ANSYS Structural)Ansys Inc..cdb, .rst, .db, .ans, .mac
MSC MarcHexagon (MSC Software).dat, .t16, .t19

供应商谱系与产品整合历程

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各个软件的起源,背后有什么戏剧性的故事吗?



COMSOL Multiphysics

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请介绍一下“COMSOL Multiphysics”!


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1986年成立于瑞典。最初作为与MATLAB联动的FEMLAB开始,后更名为COMSOL。在多物理场方面优势显著。

当前所属: COMSOL AB



JMAG-Designer

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JMAG具体是指什么呢?


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日本JSOL Corporation开发。专注于电气设备设计的电磁场分析工具。

当前所属: JSOL Corporation




Ansys Mechanical (旧ANSYS Structural)

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请介绍一下“Ansys Mechanical”!


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1970年由Swanson Analysis Systems Inc. (SASI) 开发。基于APDL(Ansys参数化设计语言)。

当前所属: Ansys Inc.


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啊,原来如此!1986年成立于瑞典,原来是这么回事啊。


文件格式与互操作性

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在不同软件之间传递数据时,有什么需要注意的吗?


格式扩展名类型概述
STEP.stp/.step中性CAD符合ISO 10303标准的3D CAD数据交换格式。支持形状+PMI。
IGES.igs/.iges中性CAD早期的CAD数据交换标准。曲面数据的兼容性存在问题。正逐步向STEP迁移。
MED.med网格/结果由EDF/CEA开发。用于Code_Aster等。基于HDF5。
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在不同求解器之间转换模型时,需要注意单元类型的对应关系、材料模型的兼容性、载荷与边界条件的表达差异。特别是高阶单元和特殊单元(如粘聚单元、用户自定义单元等),在求解器之间通常无法直接转换。


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原来如此…格式看起来简单,实际上却大有学问呢。


实务注意事项

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有没有一些教科书上不写的“现场智慧”呢?

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