QuickField    高效电磁-热-应力多场耦合分析软件

QuickField 应用模块简介

1、Transient Magnetic 瞬态磁场

瞬态磁场模块是专为低频和中频电磁场的瞬态过程设计的。在中仿QuickField中，瞬态磁场分析通过时阶与直流磁场联合在一起。所以，直流磁场分析的特征在瞬态磁场模块中能够全部体现。

瞬态磁场模块可用于研究开关的on/off切换、故障运行、非线性磁性材料装置的交流感应、有源电装置的脉冲分析等，以及其它交流和直流方法不能很好解决的仪器设备的动态物理过程。

瞬态磁场仿真可以和电路耦合应用。瞬态磁场模块可用于设计和分析电磁装置，比如螺线管、电磁传感器、电动机、磁屏蔽罩、永磁体等，以及这些器件的组合扩展。

瞬态磁场模块的特征：

• 材料：线性或非线性磁导率
• 处理B-H曲线
• 具有线性或非线性退磁曲线的永磁体
• 对轴对称公式采用特殊的近似函数，保持旋转轴附近参数的高度准确性。
• 结果：磁流密度，磁场强度，磁势，磁导率，磁能，自感和互感，电磁力，扭矩及其它积分变量。
• 耦合：磁场力可施加于结构上，并做应力分析（发电机-结构 耦合）。损耗的能量可成为热源，并做热分析（发电机-热 耦合）

2、DC Magnetic  直流磁场

直流磁场（静磁）模块可用于分析静磁场问题。这里的静磁场可由外部激磁或直流电流产生，也可由永磁体产生或者是直接由边界条件设定的外磁场。

当交流频率低到可以近似用静态来考虑时，直流磁场和交流磁场相像。但与交流磁场不同的是，直流磁场模块允许在场模式中包含任意的非线性材料和具有强磁力的永磁体。

直流磁场模块是用来设计和分析螺线管、电动机、传感器、磁屏障、永磁体、激励器、磁盘驱动器等装置的有效工具。

直流磁场模块的特征

• 材料：线性或非线性磁导率
• 处理B-H弯的特殊功能
• 具有线性或非线性退磁曲线的永磁体
• 超导体
• 并联和串联
• 狄氏边界条件和纽曼边界条件
• 对轴对称公式采用特殊的近似函数，保持旋转轴附近参数的高度准确性。
• 结果：磁流密度，磁场强度，磁势，磁导率，磁能，自感和互感，电磁力，扭矩及其它积分变量。
• 耦合：磁场力可施加于结构上，并做应力分析（发电机-结构 耦合）。

3、AC Magnetic 交流磁场

交流磁场模块可用于多种问题的分析，比如需要研究源电流时谐变化产生的磁场或时谐磁场产生的电流（涡流）、集肤效应、近场效应、计算阻抗、焦耳损耗、电磁力等。

作为电磁仿真的一种特殊类型，交流磁场分析要求所求解的问题中电流和电压具有相同的频率，所有的介质需要有线性的参数。否则，非时谐问题就需要用瞬态磁场分析了。

然而，交流磁场模块运算速度快，是解决复杂的电磁问题的首选方法。交流磁场模块能够非常好的应用于设计感应热装置、绕组、变压器、螺线管、电动机以及其它的感应器。

交流磁场模块的特征

• 材料: 各向异性介电常数, 已知电流或电压的载流导线。
• 负载: 电压, 总电流, 多相交流电, 电流密度,外加场。
• 边界条件: 指定电压值 (狄氏条件), 指定切向通量密度 (纽曼条件)
• 超导体
• 结果: 磁势,电流密度, 电压, 通量密度, 场量密度,力, 扭矩, 焦耳热,磁能, 交流阻抗, 自感和互感系数及其它积分量. 大多数量都表示为振幅-相位形式（复杂情形），有必要时，也可表示为平均时间的函数和RMS值。
• 耦合：磁场力可施加于结构上，并做应力分析（发电机-结构 耦合）。损耗的能量可成为热源，并做热分析（发电机-热 耦合）

4、Electrostatic  静电模块：

静电模块可用于仿真已知电荷/电荷密度或电压分布产生的电场。中仿QuickField的静电模块可以仿真电荷粒子在电磁场中的运动轨迹。

静电模块可用于设计分析绝缘系统、电缆和电容、电子管、高压设备等，同样也可用于电磁兼容性、生物医学等方面的研究。

静电模块的特征

• 各向异性介电常数
• 分散或集中电荷
• 浮置导体
• 狄氏边界条件和纽曼边界条件
• 结果: 电压, 电场, 电位移, 电容, 电梯度, 应力, 扭矩以及其它积分量, 粒子运动轨迹。
• 耦合：电场力可施加于结构上，并做应力分析（发电机-结构 耦合）。

5、DC Conduction  直流传导

直流传导（电流）模块可以仿真导体介质中的直流电场分布。在中仿QuickField的直流传导模块中，电流可能由施加在导体上的电压产生，也可能在边界区域上有已知电流密度。直流传导分析模式是其它电场分析的很好的补充，如中仿QuickField中的静电和交流导体模块等。

直流传导模块可用于传导系统的设计和分析，比如连接器、印刷电路板、生物医学中的生物导体等。

直流传导模块的特征

• 各向异型介电常数
• 电压源或电流密度源
• 狄氏边界条件和纽曼边界条件
• 结果:电压，电流密度，电场, 能量损耗, 表面电流, 以及其它积分量。
• 耦合: 损耗的能量可成为热源，并做热分析（发电机-热耦合）

6、AC Conduction 交流传导

交流传导模块可用于分析在边界区域上的时谐电压或时谐电流产生的电场，并假定电介质具有非零小介电常数。在交流传导分析中所关心的物理量是电压、感应电流、电场、焦耳损耗、电容和电场力等。

交流电分析模块可用于设计和分析多种传导系统，如电容器、电缆绝缘系统以及其他应用方向。

交流传导模块的特征

• 各向异性传导率
• 各向异性介电常数
• 电压源和电流密度源
• 狄氏边界条件和纽曼边界条件
• 结果: 电压，电场,传导和反向电流密度，通量密度 (电位移), 焦耳损耗, 自感和互感电容,力，扭矩, 和电能。
• 耦合：磁场力可施加于结构上，并做应力分析（发电机-结构 耦合）。损耗的能量可成为热源，并做热分析（发电机-热 耦合）

7、Heat Transfer  热传模块

热传模块是用来分析稳态和瞬态热传导过程的温度分布，热传模块中的热源可以直接从中仿QuickField中的其它模块中导入，如交流磁场分析所得到的焦耳热损耗等。热传模块可用于设计和分析许多不同的电系统和机械系统的温度性能。

热传导模块的特征

• 具有任意初始场分布的恒定或瞬态公式，非线性热源和可变时间参数。
• 非线性或各向异性属性。
• 散热源或集中热源
• 热源是温度的函数
• 热源由电能损耗产生
• 边界温度和热通量
• 对流/辐射边界条件
• 结果: 温度,热通量, 热量梯度,各部分的热量损耗, 其它积分量。
• 耦合: 产出温度可以在稳恒或瞬态环境下用做热压力分析。也可以在其他稳恒或瞬态问题的结果上做瞬态热传递分析

8、Stress Analysis 应力分析

应力分析模块可用于计算机械应力、应变和变形等，应力分析模块中的力可在中仿QuickField其它模块中指定或导入，如电磁力或热应力等，这样的分析通常是用中仿QuickField仿真复杂电机械装置的蕞后一个步骤。

应力分析模块的特征

• 平面应力，表面张力， 轴对称应力问题
• 各向异性弹性属性
• 分散或集中负载
• 热应力，电磁力
• 多种支撑条件
• 结果: 位移, 应力成分,主应力, Von Mises应力, Treska应力, Mohr-Coulomb 准则和 Drucker-Prager 准则

9、Electric Circuit Analysis 电路分析

在中仿QuickField中交流和瞬态磁场问题通常定义为电磁场中模型的表面电流，这种方式适用于仿真电磁设备，如具有复杂绕组的马达、组合负载的变压器等，也可分析无场情况下的电流问题。

电流分析模块的特征

• 被动元件和主动元件;
• 负载: 恒量, 正弦源或复杂脉冲源（可用函数描述电源参数）
• 结果：各元器件的电压，电流和阻抗。电流和电压随时间变化曲线。

10、Multi Field Coupling 多场耦合

中仿QuickField能够进行多物理场问题耦合分析。因为，经常需要同时仿真多个物理场或者某个场的分析输出结果需要作为另一个场的输入数据。第二种情况必须在相同的几何模型上定义多物理场，也可能考虑到计算出的加载量或场源分布，以及其它的用户定义的负载和边界条件。

用户可以在一个问题中联合几个耦合类型。比如，当在一个模型文件中计算出独立的电流分布、静电和磁场后，用户可以根据焦耳热计算温度分布，然后再同时分析由温度、电和磁产生的应力。

中仿QuickField支持以下几种耦合模式：