2024年5月2日发(作者：)

单元详解——PLANE53

单元性质：2维8节点磁实体单元

有效产品：MP<><><><><>EM<><>PPED

PLANE53单元说明

PLANE53用于2维(平面和轴对称)磁场问题的建模。本单元有8个节点，每

个节点最多4个自由度：磁矢量势的z分量(AZ)、时间积分电标量势(VOLT)、电

流(CURR)和电动势降(EMF)。

PLANE53是以磁矢量势理论为基础的，可以用于以下低频磁场分析：静磁、

涡流(AC时间谐波和瞬态分析)、电动力磁场(voltageforcedmagneticfields)(静

态,AC时间谐波和瞬态分析)以及电磁-电路耦合场(静态,AC时间谐波和瞬态分

析)。本单元具有非线性磁能力，可用于B-H曲线或永久磁体退磁曲线的建模。

关于本单元的更多细节见ANSYS公司理论手册中的PLANE53。类似的4节点单

元是PLANE13(没有电动力势和电磁-电流耦合能力)。

图 53.1 PLANE53 单元几何

PLANE53输入数据

在图53.1:"PLANE53单元几何"中给出了本单元的几何形状，节点位置和坐

标系。单元输入数据包括：8个节点和磁材料特性。单位类型(MKS或用户定义)

由EMUNIT命令确定。EMUNIT也规定MUZERO的值。EMUNIT默认为MKS单位，而

MUZERO默认等于4πx10henries/meter。除MUZERO外，正交异性相对导磁率由

材料特性表中的MURX和MURY确定。

MGXX和MGYY表示永久磁性材料矫顽力的矢量分量。矫顽力的大小等于这些

分量平方和的平方根。极化方向由分量MGXX和MGYY确定。永久磁体极化方向和

正交异性材料方向与单元坐标系方向一致。单元坐标系的方向在"坐标系"中说

明。未输入的材料特性其默认值与线性材料特性中相同。如数据表–隐式分析中

所述，非线性磁性B-H特性用TB命令输入。可以将B-H曲线和线性相对导磁率

相结合来确定非线性正交异性磁性能。在相对导磁率为零的地方，在各单元坐标

方向将使用B-H曲线。一种材料只能规定一条B-H曲线。

本单元可以使用不同的节点载荷组合，取决于KEYOPT(1)的值。节点载荷用

D和F命令定义。对D命令，

Lab

变量为自由度(VOLT或AZ)，

VALUE

为相应的数

值(时间积分电标量势或磁势量势)。对F命令，

Lab

变量为力(AMPS或CSGZ)，

-7

VALUE

为相应的数值(电流或磁通量)。如果有节点力，对平面问题应输入每单位

厚度的值，对轴对称问题应输入整个360°圆周的值。

单元载荷在节点和单元载荷中说明。在单元边界上可以用SF和SFE命令输

入Maxwell力标记，如图53.1"PLANE53单元几何"中有圆圈的数字所示。需要计

算磁力的表面可以在面载荷命令中用MXWF标记来识别(不要数值)。在这些表面

上将计算一个应力张量以得到磁力。此表面标记应该施加到与需要计算力的物体

相邻的"空气"单元上。删除MXWF表示去掉此标记。在顺序结构分析中，对于兼

容的单元，可以使用Lorentz和Maxwell力[LDREAD]。

温度(仅用于计算材料特性)和磁虚位移体载荷可以输入单元节点的直或单

一的单元值[BF,BFE]。源流密度和电压体载荷可以施加到一个面积(AREA)上[BFA]

或输入单元值[BFE]。一般地，未给出的节点温度默认为用BFUNIF或TUNIF命令

指定的均匀温度。在顺序结构分析中，对于兼容的单元，可以使用计算得到的焦

耳热[LDREAD]。

对于需要计算局部Jacobian力的空气单元，可以用带有MVDI标记的BF命

令，将节点值设置为1和0来识别。详见

ANSYS

电磁场分析指南。

在"PLANE53输入汇总"中给出了本单元输入数据的一个汇总。在"单元输入"中给

出了本单元输入数据的一般说明。对于轴对称问题，见"轴对称单元"。