Maxwell参数化建模和优化设计（中）

2年前浏览6102

2.5 用户自定义UDP参数化建模

UDP是一个开放的框架，开发即意味着无限的可能性，用户可参考help文档编写自己的UDP脚本模型，支持python或C，用户自建的UDP模型可以像自带模型一样被调用，对于复杂的几何模型来说十分的高效。

示范案例和UDP安装默认地址：C:\ProgramFiles\AnsysEM\AnsysEM19.4\Win64\syslib\UserDefinedPrimitives\Examples。UDP脚本的构架并不复杂，用户通过学习标准例子，并参考它从简单模型开始编写就可以掌握。

UDP脚本构架：

UDP说明：

UDP默认输入和默认值：

读取输入数据和主函数：

建模示例：

如用户通过语言编写了UDP脚本程序，可将程序文件**到UDP安装默认地址：C:\ProgramFiles\AnsysEM\AnsysEM19.4\Win64\syslib\UserDefinedPrimitives\Examples。然后在软件中更新一下即可使用。

V_Shape_IPM_RotorUDP 模型介绍：现代永磁电机转子结构千变万化，内置UDP无法满足需求，为此ANSYS China 技术团队将陆续开发一系列自定义UDP模型，本次发布的模型具有如下几个特点。

①支持36个几何参数；

②支持Maxwell2D/3D；

③支持V字、一字、双V、双一、V一结构；

④支持转子多组辅助槽；

⑤磁钢几何尺寸已作约束，便于参数优化设计；

⑥基于Python编写，代码开源。

通过改变InforCore的值实现定义冲片、磁钢、磁钢槽等模型。

通过对UDP进行布尔运算可得到单V、单一、双V、V一等结构形式。

单V：

单一：

双V：

V一：

2.6 ANSYSDesignModeler建立参数化模型导入Maxwell

ANSYS DesignModeler(DM)是Workbench平台下的几何前处里工具，与很多第三方CAD工具类似，它基于草图进行建模，对于熟练掌握草图建模的工程师来说，这也是一种快速实现任意复杂几何参数化模型的方法。

ANSYS DM提供大部分CAD所具备的功能，如有些有限元工程师没有接受过CAD培训，而且在仿真操作中不允许修改原几何文件，这时DM的优势就展现出来了。同时ANSYSDM与ANSYS Mechanical之间能实现双向参数互动，以便快速实现参数化设计。ANSYSDM还提供强大的几何修复功能，能自动修复几何缺陷。

ANSYS DM具有完备几何参数化建模能力，利用草图约束可以建立任何复杂的电机定、转子全参数化几何模型。DM建立的参数化模型在Workbench平台下可导入Maxwell模块，结合优化模块可进行多物理场优化分析。

DM的草图绘制功能使用也非常方便，主要包括绘制、修整、尺寸标注、几何约束4个部分，每个功能在使用时，窗口下方会出现相应的提示说明。

下面用一个典型的SPM电机转子为例进行说明。

在Workbench下用DM打开Geometry标签，首先将系统单位改为毫米，在默认的XYPlane下点击Sketching标签，开始草图绘制。

利用Draw>Circle绘制3个任意半径大小的圆，其中两个圆圆心位于原点且同心，第三个圆圆心位于y轴，距离原点一定距离。

利用Draw>Line绘制4条直线，起始点位于原点。

利用Constraints>Symmetry对4条直线做如图所示的对称约束。先选中对称轴，再分别点击需要施加对称约束条件的两条直线。

利用Modify>Trim打断一些圆弧或线，得到磁钢和转子铁心的轮廓线。

利用Dimensions下的尺寸标注工具，对所有尺寸进行标注，当曲线显示为蓝色，表示已被约束。

点击尺寸参数左侧的方框，显示D，表示该参数可被Workbench驱动，依次对参数重新命名，点击上方Parameters可显示全部参数，修改参数后点Generate生成新模型。

利用Create>Pattern对模型进行圆周阵列，注意阵列个数与Maxwell不同，阵列后得到全模型。

在Workbench下双击ParameterSet可以对参数进一步设置，本例中新建P9，P10两个参数分别对应磁钢厚度和转子最大外径，在Expression处可填入参数表达式，进行尺寸约束。

在Workbench中双击Maxwell模块的Geometry标签查看导入的模型，在ParameterSet内修改尺寸参数后，需在Maxwell模块右键点击Update更新模型。

2.7 ANSYS SpaceClaim建立参数化模型导入Maxwell

ANSYS SpaceClaim是Workbench里另外一个建模工具，使用方法与前面介绍的ANSYS DM类似。SpaceClaim与Maxwell的模型也是通过变量进行传递的。

SpaceClaim与Maxwell的模型与变量传递：

可以在Maxwell中查看变量。

2.8 第三方CAD几何模型导入ANSYS DM再导入Maxwell

用户也可以通过第三方建模工具进行几何模型创建，再导入到DM当中最后导入到Maxwell进行参数化设计。

外部CAD几何模型导入进行参数化设计主要有如下步骤：

① 利用Solidworks、UG等专业建模软件创建电机的全参数化几何模型；

② 在WorkbenchDM中导入该模型并自动识别几何参数；

③ 连接到Maxwell2D/3D模块创建电机有限元仿真模型；

④ 利用Workbench中的响应面优化模块进行优化设计。

下面以一台车用永磁电机为例，简述一下该方法的操作流程。

在Solidworks(SW)下创建电机的定、转子冲片、绕组、磁钢以及电磁仿真求解域的几何模型，并对草图做好尺寸约束和几何约束，本例我们优化两个变量分别是两组辅助槽对应的圆心角L1_notch_angle， L2_notch_angle。优化目标使电机转矩波动最小、平均转矩最大。

将SW模型另存为test.SLDPRT文件，新建Workbench(WB)工程，进入Tools-Options，把右图所示选项设置为All，这样软件会识别到SW文件中的所有参数。

从左侧Toolbox拖入Geometry模块，如左图所示导入test.SLDPRT文件。

用DesignModeler(DM)打开Geometry，点击Generate生成模型，勾选参数左侧方框，显示为P，表示该参数可被WB驱动，本例勾选转子辅助槽圆心角对应的参数名L1_notch_angle和L2_notch_angle，关闭DM窗口。

在WB中拖入Maxwell 2D模块，将其与Geometry模块连接。双击Maxwell 2D的Geometry标签，打开Maxwell程序，完成材料赋值、绕组分相、指定坐标系、剖分设置、激励源设置、求解设置等常规建模操作。

通过如下方法设置变量映射将Maxwell变量与WB中变量关联起来。首先在Maxwell中定义新变量，变量名可任意设定，然后进入Model-Geometry的Properties，将1中定义的变量名赋值给WB导入的几何参数，实现Maxwell和WB中几何参数的变量映射。

接下来定义优化函数。首先打开Optimetrics下的DefaultDesignXplorerSetup，然后打开General标签，勾选前文定义的两个几何参数变量，最后打开Calculations标签，分别定义平均转矩和转矩波动值作为目标函数。

双击WB中的Parameter Set标签，如下图进行参数绑定的设置，以实现Maxwell和Geometry中的变量同步。本例将P10绑定到P9，P11绑定到P12。

接着在WB下拖入Response Surface Optimization模块，打开Design of Experiments标签。首先设置各变量的参数化范围，然后点击Preview，软件自动生成设计点Design Point，最后点击Update，软件开始逐一对设计点进行仿真。

全部设计点仿真结束以后，打开Response SurfaceOptimization模块的Response Surface标签。首先点击左上角Update按钮生成响应面，然后点击Response可查看生成的响应面。

打开Response Surface Optimization模块的Optimization标签，如图所示设置优化目标为平均转矩最大，转矩波动最小。

最后点击Update，开始进行基于响应面的优化，最后给出3个候选优化结果。右键点击某个结果，可将其添加到Design Point Update进行验证，本例最终优化结果为：两组辅助槽的最佳圆心角分别为14度和22度。

采用以上八种参数化建模方法，均可以实现参数化分析，用户可以利用的方法很多，适合不同复杂程度的工程问题，用户可以根据分析需要选择以上参数化分析方法。（未完待续）

理论科普仿真体系代码&命令材料其他软件 Maxwell

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2021-05-15

作者推荐

高性能计算专场：仿真工程师和企业高性能计算解决方案
免费 5.0
立即查看

还没有评论

其他人都在看

VIP会员学习福利任务兑换礼品帮助与反馈

返回顶部

Maxwell参数化建模和优化设计（中）

作者推荐

相关推荐

最新文章

热门文章

其他人都在看

Maxwell参数化建模和优化设计（中）

作者推荐

课程培训服务行家

相关推荐

最新文章

热门文章

其他人都在看

课程
培训
服务
行家