磁致伸缩位移传感器波导丝有限元模型建立

本文采用 ANSYS 对磁致伸缩位移传感器波导丝中的激励磁场特性进行有限元分析,选用命令流方式,通过APDL 语言编写软件对激励磁场进行研究。波导丝中的激励磁场实际上是一个三维瞬态磁场,由于位置磁铁处出现磁致伸缩效应大,在该点处产生的扭转波性能好,波导丝其他点的磁致伸缩效应暂不考虑,故只需研究在与位置磁铁相交处的波导丝中激励磁场即可。此外,三维模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高的要求,而二维模型建立起来更加容易,且运算更加快捷。所以根据以上分析,建立简化的波导丝二维模型进行分析,此外在波导丝外围建立空气二维模型可以更好地研究波导丝内外激励磁场的分布特性。

首先,建立波导丝的二维模型,将波导丝模型简化为直径为 0.8mm 的圆形,如图 1(a)所示。然后确定波导丝材料参数见之前的表,需要设置的主要参数为波导丝电导率为 1.1Ω·mm2/m,此外由于波导丝属于软磁材料,故还需考虑磁滞效应,其材料参数定义为 B-H 曲线,包括剩磁、矫顽力、饱和磁化强度等磁滞特性参数,其对磁致伸缩位移传感器的精确度有着重要的影响。周围空气的参数主要是相对磁导率为 1,并设定空气区域的大小。最后选用 ANSYS 中的 plane53 矩形单元、INFIN110 远场单元对相应区域进行对应映射网格剖分并进行编号,其有限元模型如图 1(b)所示。

波导丝及周围空气二维及有限元模型
波导丝及周围空气二维及有限元模型
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