Maxwell参数化建模和优化设计（中）
本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了利用ANSYS Workbench中的SpaceClaim建模工具与Maxwell进行参数化模型传递的方法，以及通过第三方CAD几何模型导入ANSYS DM再导入Maxwell进行参数化设计的流程。通过Solidworks等建模软件创建全参数化几何模型，导入Workbench DM中自动识别几何参数，再连接到Maxwell进行有限元仿真模型创建。利用Workbench的响应面优化模块进行优化设计，以最小化转矩波动、最大化平均转矩为目标，通过变量映射、优化函数设置和参数绑定等步骤，实现参数的优化。这些方法为不同复杂程度的工程问题提供了多种参数化分析选择。
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Maxwell参数化建模和优化设计（下）
2.5 用户自定义UDP参数化建模
UDP是一个开放的框架，开发即意味着无限的可能性，用户可参考help文档编写自己的UDP脚本模型，支持python或C，用户自建的UDP模型可以像自带模型一样被调用，对于复杂的几何模型来说十分的高效。
示范案例和UDP安装默认地址：C:\ProgramFiles\AnsysEM\AnsysEM19.4\Win64\syslib\UserDefinedPrimitives\Examples。UDP脚本的构架并不复杂，用户通过学习标准例子，并参考它从简单模型开始编写就可以掌握。
UDP默认输入和默认值：
如用户通过语言编写了UDP脚本程序，可将程序文件复 制到UDP安装默认地址：C:\ProgramFiles\AnsysEM\AnsysEM19.4\Win64\syslib\UserDefinedPrimitives\Examples。然后在软件中更新一下即可使用。V_Shape_IPM_RotorUDP 模型介绍：现代永磁电机转子结构千变万化，内置UDP无法满足需求，为此ANSYS China 技术团队将陆续开发一系列自定义UDP模型，本次发布的模型具有如下几个特点。通过改变InforCore的值实现定义冲片、磁钢、磁钢槽等模型。通过对UDP进行布尔运算可得到单V、单一、双V、V一等结构形式。2.6 ANSYSDesignModeler建立参数化模型导入Maxwell
ANSYS DesignModeler(DM)是Workbench平台下的几何前处里工具，与很多第三方CAD工具类似，它基于草图进行建模，对于熟练掌握草图建模的工程师来说，这也是一种快速实现任意复杂几何参数化模型的方法。ANSYS DM提供大部分CAD所具备的功能，如有些有限元工程师没有接受过CAD培训，而且在仿真操作中不允许修改原几何文件，这时DM的优势就展现出来了。同时ANSYSDM与ANSYS Mechanical之间能实现双向参数互动，以便快速实现参数化设计。ANSYSDM还提供强大的几何修复功能，能自动修复几何缺陷。ANSYS DM具有完备几何参数化建模能力，利用草图约束可以建立任何复杂的电机定、转子全参数化几何模型。DM建立的参数化模型在Workbench平台下可导入Maxwell模块，结合优化模块可进行多物理场优化分析。DM的草图绘制功能使用也非常方便，主要包括绘制、修整、尺寸标注、几何约束4个部分，每个功能在使用时，窗口下方会出现相应的提示说明。 在Workbench下用DM打开Geometry标签，首先将系统单位改为毫米，在默认的XYPlane下点击Sketching标签，开始草图绘制。利用Draw>Circle绘制3个任意半径大小的圆，其中两个圆圆心位于原点且同心，第三个圆圆心位于y轴，距离原点一定距离。利用Draw>Line绘制4条直线，起始点位于原点。利用Constraints>Symmetry对4条直线做如图所示的对称约束。先选中对称轴，再分别点击需要施加对称约束条件的两条直线。利用Modify>Trim打断一些圆弧或线，得到磁钢和转子铁心的轮廓线。利用Dimensions下的尺寸标注工具，对所有尺寸进行标注，当曲线显示为蓝色，表示已被约束。点击尺寸参数左侧的方框，显示D，表示该参数可被Workbench驱动，依次对参数重新命名，点击上方Parameters可显示全部参数，修改参数后点Generate生成新模型。利用Create>Pattern对模型进行圆周阵列，注意阵列个数与Maxwell不同，阵列后得到全模型。在Workbench下双击ParameterSet可以对参数进一步设置，本例中新建P9，P10两个参数分别对应磁钢厚度和转子最大外径，在Expression处可填入参数表达式，进行尺寸约束。 在Workbench中双击Maxwell模块的Geometry标签查看导入的模型，在ParameterSet内修改尺寸参数后，需在Maxwell模块右键点击Update更新模型。2.7 ANSYS SpaceClaim建立参数化模型导入Maxwell
ANSYS SpaceClaim是Workbench里另外一个建模工具，使用方法与前面介绍的ANSYS DM类似。SpaceClaim与Maxwell的模型也是通过变量进行传递的。SpaceClaim与Maxwell的模型与变量传递：2.8 第三方CAD几何模型导入ANSYS DM再导入Maxwell
用户也可以通过第三方建模工具进行几何模型创建，再导入到DM当中最后导入到Maxwell进行参数化设计。外部CAD几何模型导入进行参数化设计主要有如下步骤：① 利用Solidworks、UG等专业建模软件创建电机的全参数化几何模型；② 在WorkbenchDM中导入该模型并自动识别几何参数；③ 连接到Maxwell2D/3D模块创建电机有限元仿真模型；④ 利用Workbench中的响应面优化模块进行优化设计。下面以一台车用永磁电机为例，简述一下该方法的操作流程。在Solidworks(SW)下创建电机的定、转子冲片、绕组、磁钢以及电磁仿真求解域的几何模型，并对草图做好尺寸约束和几何约束，本例我们优化两个变量分别是两组辅助槽对应的圆心角L1_notch_angle， L2_notch_angle。优化目标使电机转矩波动最小、平均转矩最大。将SW模型另存为test.SLDPRT文件，新建Workbench(WB)工程，进入Tools-Options，把右图所示选项设置为All，这样软件会识别到SW文件中的所有参数。从左侧Toolbox拖入Geometry模块，如左图所示导入test.SLDPRT文件。用DesignModeler(DM)打开Geometry，点击Generate生成模型，勾选参数左侧方框，显示为P，表示该参数可被WB驱动，本例勾选转子辅助槽圆心角对应的参数名L1_notch_angle和L2_notch_angle，关闭DM窗口。在WB中拖入Maxwell 2D模块，将其与Geometry模块连接。双击Maxwell 2D的Geometry标签，打开Maxwell程序，完成材料赋值、绕组分相、指定坐标系、剖分设置、激励源设置、求解设置等常规建模操作。通过如下方法设置变量映射将Maxwell变量与WB中变量关联起来。首先在Maxwell中定义新变量，变量名可任意设定，然后进入Model-Geometry的Properties，将1中定义的变量名赋值给WB导入的几何参数，实现Maxwell和WB中几何参数的变量映射。接下来定义优化函数。首先打开Optimetrics下的DefaultDesignXplorerSetup，然后打开General标签，勾选前文定义的两个几何参数变量，最后打开Calculations标签，分别定义平均转矩和转矩波动值作为目标函数。双击WB中的Parameter Set标签，如下图进行参数绑定的设置，以实现Maxwell和Geometry中的变量同步。本例将P10绑定到P9，P11绑定到P12。接着在WB下拖入Response Surface Optimization模块，打开Design of Experiments标签。首先设置各变量的参数化范围，然后点击Preview，软件自动生成设计点Design Point，最后点击Update，软件开始逐一对设计点进行仿真。全部设计点仿真结束以后，打开Response SurfaceOptimization模块的Response Surface标签。首先点击左上角Update按钮生成响应面，然后点击Response可查看生成的响应面。打开Response Surface Optimization模块的Optimization标签，如图所示设置优化目标为平均转矩最大，转矩波动最小。最后点击Update，开始进行基于响应面的优化，最后给出3个候选优化结果。右键点击某个结果，可将其添加到Design Point Update进行验证，本例最终优化结果为：两组辅助槽的最佳圆心角分别为14度和22度。采用以上八种参数化建模方法，均可以实现参数化分析，用户可以利用的方法很多，适合不同复杂程度的工程问题，用户可以根据分析需要选择以上参数化分析方法。（未完待续）
