Mawell仿真圆柱体电容器.docx

电磁场与电磁波项目训练报告仿真求解圆柱形电容器班 级：通信13-2姓 名： 闫振宇学 号： 1306030222指导教师：徐维老师成 绩： 电子与信息工程学院信息与通信工程系项目训练一仿真求解圆柱形电容器1・实验目的和任务1） 掌握用ANSYS Maxwell软件仿真的方法；2） 学会利用所学的场强，电容，电场的知识来解决实际现实生活中的计算问题；3） 利用ANSYS Maxwell软件仿真圆柱形电容器2・实验内容1） 学习ANSYS Maxwel有限元分析步骤；2） 学习ANSYS Maxwel的基本仿真操作步骤；3） 对圆柱体电容器计算理论值和实验的仿真值进行比较，得出结论3・实验原理电容是反映电容器储存的电荷本领大小的物理量电容的定义：一个电容器所带的电量Q总与其电压U成正比，比值Q/U叫电容器的 电容以C表示电容器的电容，就有公式：c QU电容器的电容决定于电容器的本身结构，即是导体的形状，尺寸以及两导体间电介质 的种类等，而与它所带的电量无关首先，假设本题中圆柱体电容器的内部的外表面，和外部的内表面分别带有绝对值为Q的电量两筒之间充满相对介电常数为 的电介质 8.855313 10 12「m）r o所以，在距离轴线为r的电介质中一点的电场强度E为：Q2 rLr对E进行积分，可以得到两圆筒间的电压U为:R2 —R 21dr = — rL 2就得到了圆柱形电容器的电容C为:2 LC lnR2R )根据以上的公式，代入R2=lmm, Rl=0.6mm，得出长度为L的圆柱形电容器电容。

4-实验步骤4.1 建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Cylinder Cap （工程命名为“Cylinder yuanzhuti”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric〉Electrostatic （静电的）4.1.1创建中心圆柱体导体Draw > Cylinder （中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z） >（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （0.6, 0.6,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） >（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为CylinderAssign Material > copper （设置材料为铜 copper）4.1.2创建内外导体间空心圆柱体介质Draw > Cylinder （中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z） > （0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （0.6, 0.6,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （0, 0, 2） mm将圆柱体重命名为CylinderlDraw > Cylinder （中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z） > （0, 0, 0） mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （1.0, 1.0,0） mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （0, 0, 2） mm将圆柱体重命名为Cylinder2选中 Cylinderl， Cylinder2Modeler （建模）> Boolean > Sbutract （分离）Blank park： CylinderlTool park： Cylinder2将分离出的圆环命名为Cylinder4Assign Material > air （设置材料为空气 air）4.1.3创建外空心圆柱体导体Draw > Cylinder （中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z） > （0, 0, 0） mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （1.0, 1.0,0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ） >（0, 0, 2）mm 将圆柱体重命名为Cylinder6Draw > Cylinder （中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z） > （0, 0, 0） mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （1.2, 1.2,0） mm坐标偏置：（dX,dY,dZ） > （0, 0, 2） mm将圆柱体重命名为Cylinder7选中 Cylinder6, Cylinder7Modeler （建模）> Boolean > Sbutract （分离）Blank park： Cylinder6Tool park： Cylinder7将分离出的圆环命名为Cylinder3Assign Material > copper （设置材料为铜 copper）图4-1仿真效果图4.2设置参数4.2.1创建设置区域(Region)Draw > RegionPadding Percentage： 0%减少电场的边缘效应(fringing effect)4.2.2 设置激励电压(Assign Excitation)选择 Cylinder5Maxwell 3D> Excitations > Assign>Vbltage > 5V选择 Cylinder3Maxwell 3D> Excitations > Assign >Vbltage > 0V4.2.3设置自适应计算参数(Create Analysis Setup)Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of passes > 10误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%4.2.4 设置计算参数(Assign Executive Parameter)Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > Vbltage1, Voltage24.2.5 check，计算，查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix图4-2仿真数据图5-数据取电容器长度L为：2mm,则有:电容值：C=°・2186pF理论计算值仿真输出值0.2179pF0.2186pF表4-1理论及仿真的值VoltagetV]5.00006+0004.68756+0004.37506+0004.0625e+00075006+0003.43756+0003.12506+0002.S125e+0002. -50006+0002.1875e+000J 87506+0005625e+00025006+000y.37506-0016.25006-0013.12506-0010.00006+000图5-1电压分布图6•心得体会通过利用Maxwell软件制作圆柱体电容器，了解了 Maxwell软件的基本操作和使用方 法。

了解了利用所学到的知识来解决现实生活中的实际问题，更加深入了解了学到的理论 知识在仿真的过程中，碰到了很大的问题，但是经过与同学的讨论和参考书的查阅明白 了问题的所在。