明日黄花的 ANSYS EMAG为何让低频电磁工程师钟爱至今？

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导读：ANSYS软件模块众多，功能丰富，电磁模块作为其中之一，其功能与易用性一直备受关注。在ANSYS电磁家族中，存在一个“不那么好用”却拥有众多粉丝的产品，即ANSYS EMAG。本文从功能与易用角度出发，详细剖析EMAG产品，为大家带来笔者视角下的EMAG核心应用价值。

一、谁才是常用ANSYS低频电磁软件

EMAG？MAXWELL？谁才是常用ANSYS低频电磁软件？笔者经常被问及ANSYS低频电磁软件该如何学习？市面上众多的ANSYS电磁学习书籍为何都不是关于Maxwell的？ANSYS电磁软件和Maxwell又是什么关系？鉴于此，我们先来梳理下ANSYS中的低频电磁软件。

ANSYS软件始于上世纪70、80年代，距今有近50年历史。在发展初期，ANSYS软件旗下具有三款产品，面向结构的Mechanical、致力于高低频电磁学的EMAG和适用于流体力学的FLOTRAN。三款产品均采用有限元算法，应用统一的前后处理环境，使用的计算脚本名为APDL。用户在计算时，无需点选左侧繁琐的工程树，只需按照规则键入APDL，软件便会完成建模、网格、求解设置、求解与后处理等工作。也可将整段APDL存储于文本，方便后续修改，避免重复工作。在计算规模较小的年代，APDL带给使用者极大的便利。

经典ANSYS界面

随着计算机技术的发展，用户探索更大规模的计算，基于APDL的界面建模不便，模型拖拽卡顿，基于鼠标的点选无法准确捕获等弊端逐渐显现。2010年左右，在ANSYS 12.0版本发布时，一款全新的基于Windows风格设计的GUI—ANSYS Workbench—横空出世。

Workbench将APDL语言藏于后台，解析用户的每一步操作并转为APDL以供求解器执行。采用全新图形引擎的Workbench更好的支持模型移动和鼠标点选操作，新增多种网格划分方法，大大降低了复杂模型计算时前处理所需时间。同时，后处理显示流畅度与丰富性方面也做了较大幅度提升。

随着工业品的细分，用户更注重仿真结果与试验对标。完成了GUI替换的EMAG实现了易用性上的飞跃，但通用性的前后处理无法快速的完成专用性的分析，使其难逃被抛弃的厄运。2009年左右，ANSYS完成了对原ANSOFT的收购并更名为ANSYS EM，Maxwell取代EMAG成为主流低频电磁软件，EMAG软件随即停止功能开发，EMAG作为Maxwell的补充产品而存在。

但停止开发后的EMAG就真的无法解决物理问题了么？接下来，让我们从功能的角度对比两款软件的优劣。

二、EMAG与Maxwell谁更强？

众所周知，EMAG与Maxwell的算法均为基于麦克斯韦方程组的有限元方法，求解逻辑为泛函、极值、单元矩阵、整体矩阵，求解的物理量为磁位、电位等。那么，Maxwell到底强在哪里？

如上文所述，Maxwell更加注重针对工业品的前后处理，例如电机转子转动设置、铁耗材料设置、温度退磁、磁链与电感的求解，DQ坐标变换等，这使得用户无需关注有限元算法本身，快速获取结果，缩短单品研发周期，让有限元更加工具化。

对于EMAG，它更多关注有限元算法逻辑，在计算物理问题之初就需要用户选择单元，了解节点和单元概念，知晓一阶和二阶单元区别。用户需要花费更多时间设置计算，而在计算结束后得到的只是基本解与推导解，需要对结果进一步处理才能得到试验对标解。如此复杂的操作，无法实现用户快速分析与优化的需求。

综上，Maxwell对工程师的友好性可以直接碾压EMAG，那么，为什么还有那么多工程师（包括笔者）仍然钟爱这款过时的产品？

首先，如果你的诉求不仅限于把有限元当成工具，而是希望可以深入了解它的内部计算逻辑，EMAG可以更方便的助力你完成目标。APDL提供了查询有限元刚度矩阵、系数矩阵、右侧矩阵命令，可以让用户了解底层求解机制。同时，可以取出任意单元、节点计算结果，按照测试标准整理成可对标量。即EMAG提供更加开放的、有限元层级的操作。

其次，EMAG具有较Maxwell更优秀的网格划分方法。Maxwell不支持外部网格导入，在对含有较多曲面体进行网格离散时，借助EMAG四面体、六面体网格技术与第三方优秀网格划分器，可以发挥更高效的求解能力。

穿墙绝缘子六面体网格

变压器线圈网格

最后，基于APDL的直接耦合与间接耦合技术也是Maxwell无法实现的。EMAG中自带电-磁-结构-热多物理场直接耦合单元，在一套网格下通过一次分析即可完成多物理场耦合，耦合类型支持双向与单向。典型的直接耦合场有压电、压阻、热电、声震等。此外，EMAG可以与同用APDL脚本的ANSYS Mechanical进行间接耦合，即采用同一套网格先计算电磁后计算结构，不同物理场间的数据传递（例如电磁力、位移、热功率等）依靠节点与单元编号，这样的传递方式极大减少了由于不同网格之间插值产生的数值误差问题。

基于直接耦合的科里奥利效应

基于直接耦合的热电分析

三、EMAG电磁仿真精品课

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