如何更好利用Ansys Maxwell进行几何参数化建模？

如何高效利用ANSYS Maxwell进行几何参数化建模：探究产业升级背景下的电机优化设计策略

随着工业产品的性能要求逐渐提升，工程师在设计过程中越来越倾向于借助高性能计算机和专业的仿真设计软件，以实现对大量解集的高效筛选，寻找最优设计方案。ANSYS Maxwell作为一款集成了电机设计与电磁场仿真的软件，对于复杂多变量、强耦合性、非线性电机系统的性能分析尤为适用。本文将深入探讨在ANSYS Maxwell平台中实现几何参数化建模的多种方法及其应用，针对电机设计中的参数优化问题进行剖析，并针对电机性能的多目标优化设计提出策略。

几何参数化建模方法

在ANSYS Maxwell平台中构建复杂的参数化几何模型，旨在提供灵活的建模环境，以适应多种拓扑结构、尺寸和材料参数的变化。目前，常见的几何参数化建模方法主要包括以下几种：

1. 直接参数化建模：利用ANSYS Maxwell内置的基本几何操作（点、线、面、体、布尔、阵列等）创建任意复杂几何模型，建模过程中的尺寸参数能随时调整，成为变量以实现尺寸参数化。

2. 导入CAD图纸参数化：适用于相对简单的几何模型，通过导入CAD设计图纸，利用生成的建模历史功能自动识别模型中的点、线、面，然后对需要参数化的几何特征设置变量。

3. Ansys RMxprt集成参数化：借助ANSYS AEDT中的RMxprt工具，设计过程中可灵活设置各种几何参数为变量，并利用其“一键有限元”功能自动生成适用于ANSYS Maxwell的仿真模型。RMxprt中定义的参数值会自动应用到Maxwell模型中。




4. 内置UDP模型库参数化：借助软件内置的广泛的UDP模型库功能，调用电机铁心、线圈、机壳、变压器铁心等模型，并自由更改其几何尺寸作为变量。

5. 用户自定义UDP模型建模：通过编写自己的UDP模型脚本，将复杂几何模型的构建和参数化功能集成到ANSYS Maxwell中，实现高效的自定义模型构建。

6. Ansys DesignModeler导入第三方CAD参数化模型：使用Ansys DM作为高层次几何建模工具，不仅可以导入诸如Solidworks、UG等第三方CAD软件生成的几何模型，还支持识别模型内的几何参数并实现优化设计。

7. Ansys DesignModeler结合Maxwell图形化建模：在Ansys DM中实现参数化建模，之后导入Ansys Workbench平台，保证与Maxwell无缝对接，实现在不同仿真环境中模型的灵活传递。

8. Ansys SpaceClaim图形化建模与参数化导入：采用SpaceClaim进行直接建模操作，易于学习并支持快速建模，同样可以参数化模型，并通过Workbench平台与Maxwell实现数据共享。

参数化建模实现多物理场优化设计

在电机设计过程中，实现复杂系统的多物理场优化，涉及到电磁、结构、热力学等物理场的综合考虑。具体到电机优化设计，常见的目标包括：

电磁热耦合的温升优化


电磁振动噪声与转矩密度优化


齿槽转矩与转矩密度优化


成本与效率优化


转子减重与机械强度优化


散热结构与成本优化

借助ANSYS Maxwell、Workbench以及其他优化工具的集成与协同，设计工程师能够制定更为全面的多目标优化策略。例如：

ANSYS Maxwell自带参数化与优化：提供了一种直观、快速的优化流程，适合应对简单的电磁优化问题，但其支持的物理场耦合性较为有限，且优化算法可能不具备极端复杂问题的处理能力。

基于Workbench的多目标优化：通过对Workbench平台集成的电磁、结构、流体等模块的应用，实现多物理场之间的关联优化，能够处理复杂的设计问题，但优化目标或物理场的设定较为依赖于设计者的经验。

Ansys optiSLang的多物理场优化：作为一款专业的多目标优化分析软件，optiSLang不仅支持工件级的优化计算，还融入了Workbench平台的合作能力，能够充分利用多物理场耦合分析功能，提供更为精细的模型设计与优化。