为便于模型的修改和优化设计,采用参数化建模方式。磁选机磁系结构复杂,但排列有序,选取其中一重复单元,截取截面,进行2一D模型分析,采用二维单元来表征磁系结构的几何形状。虽然磁选机磁系结构是三维的,但在实际模拟分析中首先考虑简化为2一D平面问题或轴对称问题,因为2一D模型具有建立简洁,运算快捷的优点。
前处理阶段:前处理阶段是为进行磁场问题仿真分析的前期准备工作,主要包括物理环境的创建、实体模型的建立、材料属性赋值和网格划分等四部分。
创建物理环境:创建物理环境,即包括定义分析标题、模型坐标系、单位制、实体单元和模型材料等。其中模型选择单元类型为PLANE53(四边形八节点或者三角形六节点),材料特性包括对低导磁材料定义磁导率,高导磁材料定义B一H退磁曲线,永磁材料定义退磁B一H曲线、矫顽力大小及方向。
建立参数化实体模型:对称圆角磁系参数化ZD模型包括磁系模型、气隙和周围空气区域模型的几何尺寸,分别对磁系的各关键距离设置为参数。通过对参数化实体模型中参数数据的修改,可实现对不同尺寸模型的仿真、计算和对比,进行磁系的优化设计,选择最佳的磁系结构和几何尺寸。
由于新设计磁系属于闭合式磁系,在磁系边界的气隙处存在漏磁,因此需要在对称圆角齿极磁盘磁场仿真二维模型上建立空气模型,由现场实际磁系磁场强度测量,距离磁系边界等于CKa时,磁场强度与齿极表面磁场强度相比己大大减弱,对于仿真计算磁场分布时,可以忽略不计。
边界条件和加载:由于永磁磁系属于永磁体一经固定,不再移动的磁系,因此,磁系分析采用静态分析。同时由于永磁磁系磁场梯度较大,在模型远场边界加载,满足第一类边界条件,即齐次狄里克莱边界条件。永磁磁系通过内部齿极激励产生磁场,因此,不需额外加载力学条件。
求解:ANSYS模型仿真计算分析有三种求解器,包括波前求解器、有条件共扼梯度求解器PCG、雅克比共辘梯度求解器JCG。后两种适用于较为复杂的模型计算。因此,磁系采用波前求解器。
后处理阶段:后处理阶段可获得前一阶段的磁场仿真计算结果,同时通过通用后处理器POSTI可获得场量映射在指定路径上的分布规律。磁力线在磁路中形成多条闭合回路,其中在气隙中齿尖相对的位置,磁力线分布最密集,磁感应强度最高。