磁致伸缩位移传感器电磁场有限元分析简介

磁致伸缩位移传感器机理涉及到力学、材料、电磁学及信号处理等多方面的理论,本文主要研究传感器中的电磁学方面的理论,对传感器的原理、建模、设计都有一定的帮助。有限元法是研究电磁场分析中应用最广泛的一种方法。

有限元法(FEA)是为了适应使用电子计算机而发展起来的数值方法,用较简单的问题代替复杂问题,通过一定的方法转换为可计算的有限元结构体系(即有限个通过节点连接的单元),依靠计算机对原问题进行近似求解的一种工程计算方法。另外可以通过对单元数目及网格划分的控制,就可以在要求的精度范围内得到与真实情况无限接近的解。ANSYS 作为最成熟、功能最完备的有限元分析的通用化软件之一,为电磁场分析提供了专门的算法和分析功能。

有限元法的求解由前处理、有限元计算和后处理三部分组成。ANSYS 软件提供了 GUI与命令流两种方式来进行有限元求解电磁场,其主要求解分析过程如下:

(1)创建物理环境,包括选用单元、确定坐标系、设置实常数及定义材料属性等;

(2)建立几何建模,划分有限元网格,对模型的不同区域赋予特性和进行编号;

(3)施加边界条件和载荷(励磁);

(4)计算求解;

(5)后处理(查看计算结果)。

其中(1)(2)(3)属于前处理。本文主要对磁致伸缩位移传感器中的偏置磁场与激励磁场进行有限元电磁场分析,其中偏置磁场属于静态磁场,激励磁场属于瞬态磁场。

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