静电场强度和电压

乘子

有四种乘子可在其应用到模型时控制不同静电载荷的数值。它们位于“分析参数”对话框的“常规”选项卡中。“边界电压乘子”字段中的值乘以模型中任一指定电压的数值。“电流或电荷源乘子”字段中的值乘以模型上的任何电荷或电流载荷数值。

“边界电压乘子”字段以外,上述任一字段中的零值均会在模型中禁用该类型的载荷。“边界电压乘子”字段中的值 0 可将指定电压的数值更改为 0。

计算二维模型的流线

对于二维模型,如果激活“分析参数”对话框的“选项”选项卡中的“调用流路生成器”复选框,则计算流经模型的无质量粒子的理论路径。这些结果可在“结果”环境中查看。

计算静电场引起的力和电荷

您可以针对各个模型表面(通常是材料之间的边界)计算静电场引起的力。若要计算这些力,请在“分析参数”对话框的“选项”选项卡中,激活“调用力/电荷计算”复选框。在“力/电荷输出”表中,指定要计算这些力的部件和表面。(有关更改部件和表面编号的详细信息,请参见修改和复制属性页面(如果需要)。)

由于通常计算两个部件之间的边界上的静电力,因此为力生成器指定的部件和表面编号可以位于其中一个或全部两个互相接触(例如,导体和空气)的实体上。哪个表面正确?

首先,确定显示力的位置。然后,将表面指定为模型中的“配合”部件表面。例如,若要获得施加给导体的力,请对力生成器使用空气的表面编号。对于施加给空气的力,请使用导体表面的表面编号。

由于施加在匹配部件(在此示例中,即空气和导体)上的力应该大小相等、方向相反,因此您可能会认为只要方向(正或负)并不是非常关键,为表面编号选择的部件便无关紧要。实际上,这是不正确的。库仑力对表面的电场和网格尺寸变化非常敏感。网格越小,结果越精确。电场的变化越大,力就越大。大多数实体的介电常数均大于 1(空气/真空),因此实体中的电场变化幅度小于空气。与空气表面相比,若要从实体表面获得准确的力,则需要尺寸更小的网格。

传导表面的力控制方程如下所示:

其中,表面积分结转到传导表面区域

对于典型单元:

其中

ρ s = 表面的电荷密度

E = 静电场

N i 、w k 、J k = 为该区域指定的形状和重量函数以及雅克比

力生成器的结果可以显示在“结果”环境中(“结果等值线”“电压和场强度”“静电力”)。此外,还可以对应力模型施加这些力来计算静电力产生的效应。请参见页面上的“从静电分析导入反作用力”段落。

如果施加适当的载荷,则静电电荷可用于计算一组导体的电容。必须将每个导体的外部表面放置在唯一表面中。如果模型包含三个导体,则分别将 1V 和 0V 电压应用于导体之一(主导体)和其他导体。在“结果”环境中,合计主导体表面上的静电电荷。这是导体的自电容。剩余两个导体上的静电电荷之和是该导体与主导体之间的互电容。您可以使用不同的主导体重复此过程,从而创建电容矩阵。

“解”选项卡

“解”选项

“分析参数”对话框的“解”选项卡上的“求解器类型”下拉框中,可以选择静电分析的求解器类型。另请参见可用的求解器类型,了解背景信息。可用的选项如下所示:

  • “自动”:如果选择,则处理器将根据模型尺寸在“迭代(AMG)”“稀疏”选项之间选择。稀疏求解器是中等模型的最佳求解器。迭代求解器是大型模型的最佳求解器,仅需较少的 RAM。如果系统中提供 64 位处理器,则迭代和 BCSLIB-EXT 求解器将充分利用该处理器。
  • “稀疏”:使用“稀疏求解器类型”下拉框中提供的两个稀疏求解器之一。稀疏求解器将使用多个线程/内核(如可用)。
  • “迭代(AMG)”:使用迭代方案对方程组求解。迭代求解器将使用多个线程/内核(如可用)。

如果出于某些原因,您需要在不执行分析的情况下创建求解矩阵,请激活“刚度计算后停止”复选框。仅当必须访问方程编号矩阵时,此复选框才有用。否则,系统在运行分析时始终计算刚度矩阵,因此正常情况下使用此选项没有益处。

对于稀疏和迭代求解器,“内存分配百分比”字段可控制有多少 RAM 可用于读取单元数据并装配矩阵。建议使用较小的值。(如果值小于或等于 100%,则使用可用的物理内存。如果此输入的值大于 100%,则内存分配将使用可用的物理内存和虚拟内存。)

如上所示,某些求解器可利用计算机上的多个线程/内核。在这些情况下,将启用“线程/内核数”下拉菜单控件。您需要使用所有可用的线程/内核来确保以最快速度求解。但是,如果您需要在分析的同时利用某些计算能力运行其他应用程序,则可能会选择使用较少的线程/内核。

迭代求解器

选择后,系统将启用“迭代求解器”部分。此部分的输入如下:

  • “收敛容差”确定如何精确地对方程矩阵进行求解。容差越小,解越精确。
  • “最大迭代次数”将在此迭代次数内未解出方程矩阵时停止分析。
    注意: 解的精度取决于收敛容差。容差越小,解越精确,但可能需要更多迭代。与任何迭代求解一样,请检查结果,确认它们已达到相应的精度。在某些情况下,使用不同的收敛容差执行两次分析,这是确认精确度的最佳方式。

稀疏求解器

选择后,系统将启用“稀疏求解器”部分。此部分的输入如下:

  • “稀疏求解器类型”列出当前可用的稀疏求解器。(稀疏求解器仅适用于 Windows 操作系统。)可用的稀疏求解器如下:
    • “默认”:使用 BCSLIB-EXT 求解器。
    • “PVSS”:使用 Solver Soft 稀疏求解器。
    • “BCSLIB-EX”:使用 Boeing 求解器。与 PVSS 求解器相比,此求解器的求解速度更快。BCSLIB-EXT 求解器可将临时文件写入环境变量 USERPROFILE 指定的文件夹中。默认情况下,此变量将设置为文件夹 C:\Documents and Settings\Username。其中,C: 是操作系统安装所在的驱动器。如果 BCSLIB-EXT 求解器返回错误编号 -701 或 -804,则意味着硬盘空间因存储临时文件而耗尽。如果出现这种情况,请将 USERPROFILE 变量更改为另一可提供足够硬盘空间的目录。(有关更改环境变量的信息,请参见 Windows 帮助和支持文档。)
  • “求解器内存分配”字段将为 BCSLIB-EXT 求解器设置稀疏矩阵求解过程中要使用的内存量。分配更多的内存时,将加快分析速度。其他稀疏求解器将自动调整内存设置,因此无需进行设置。

控制文本输出文件中的数据

分析完成后,分析结果可输出到文本文件。在“分析参数”对话框中的“输出”选项卡中,可控制输出到此文件的数据。