如何进行多变量的建模_如何更好利用Ansys Maxwell进行几何参数化建模？

随着产业升级，对各领域工业产品的性能要求也逐步提高，工程师们发现仅依靠理论和经验难以完成设计任务，因而越来越愿意借助高性能计算机和专业的仿真设计软件。让“电脑”代替“人脑”从海量的解集中搜寻最优设计方案，成为了一大趋势。

以电机为例，它是典型的多变量、强耦合、非线性电磁装置，其性能分析涉及到电磁场、温度场、结构场等多个物理场，任何参数的改变都会影响其在不同物理场下的性能，电机的优化设计问题具有计算规模大、难度高、多物理场优化设计等特点，所以，要解决如此复杂的工程问题有两个重要的基础工作：建立复杂的参数化几何模型，还有制定合理的多目标优化策略并高效实施。

对于Ansys Maxwell平台的仿真分析，我们可用的几何参数化建模方法，大致分为以下8种：

1、Maxwell直接参数化建模

Ansys Maxwell自带的基本几何建模命令利用点、线、面、体、布尔、阵列等操作可实现任意复杂几何模型的建立，建模过程中的尺寸参数可随时修改，设置为变量以实现尺寸的参数化。

2、Maxwell导入CAD图纸并参数化

对于一些简单的几何模型，可以将模型的CAD图纸导入Ansys Maxwell，利用生成建模历史功能，识别模型中的点、线、面，然后手动对需要参数化的几何特征进行变量设置以实现参数化。

3、Ansys RMxprt参数化建模并导入Maxwell

Ansys RMxprt是基于AEDT中集成的基于磁路法的电机设计软件，设计过程的中各种几何参数可设置为变量，并利用其“一键有限元”功能生成Maxwell仿真模型，RMxprt中定义的变量也会自动传递到Maxwell模型中。

4、Maxwell内置UDP模型库参数化建模

Ansys Maxwell软件内置了非常多的UDP模型库，包含了各种常用的电机铁心、线圈、机壳、变压器铁心等模型，用户可以直接调用并将其中的几何尺寸设置为变量，快速实现参数化建模。

5、用户自定义UDP模型参数化建模

Ansys Maxwell的UDP功能是一个开放的框架，支持用户自己编写UDP模型脚本并挂载到软件中使用，支持C和Python，对于复杂的几何模型来说十分的高效。

6、Ansys DesignModeler导入第三方CAD参数化模型

Ansys DM支持导入Solidworks、UG等第三方绘图工具创建的几何模型，并可以识别到模型中的几何参数，进而在Ansys Workbench平台下实现几何尺寸的优化设计。

7、Ansys DesignModeler参数化建模并导入Maxwell

Ansys DM是一款成熟且强大的基于草图的几何建模工具，内置了各种几何约束和尺寸约束功能，用户利用DM同样可以实现对复杂几何模型的参数化建模，并借助于Ansys Workbench平台实现DM和Maxwell之间的模型传递。

8、Ansys SpaceClaim参数化建模并导入Maxwell

Ansys SCDM是一款直接几何建模工具，基于拖拉拽实现快速建模，同样可实现参数驱动，并基于Ansys Workbench平台实现与Ansys Maxwell之间的模型传递。

上述这8种几何参数化建模方法中，前4种是目前大多数工程师都在采用的，也比较直观简单，容易操作；第5种，用户自定义UDP建模使用起来稍有难度，但是对于复杂的几何模型来说其建模效率很高，用户只要具有一定的C或Python编程基础，读懂软件自带模板的代码，参考帮助文件，稍加练习，都可以掌握，这种方法结合Ansys Maxwell的脚本功能可以更方便的实现完整仿真模型的参数化建模；最后3种方法需要利用到Ansys Workbench平台中的几何建模工具。总之，用户可以利用的参数化建模方法很多，适用于不同复杂程度的工程问题。

通常，提到电机的优化设计我们最先想到的可能就是对效率和成本的优化，然而随着永磁电机和新能源汽车行业的发展，对电机的性能指标提出了越来越多的要求，电机的优化不再只是对一两个目标寻优，而是对更多目标的同时优化，以下为常见的优化目标组合：

• 电磁-热耦合的温升优化
• 电磁振动噪声和转矩密度优化
• 齿槽转矩和转矩密度优化
• 成本和效率优化
• 转子减重和机械强度优化
• 散热结构和成本优化

如何制定优化策略并高效实施，成为了当前工程师需要面对的重要课题。

Ansys Maxwell低频电磁场仿真设计软件提供了几种几何参数化建模的方法，可应用于不同复杂程度的工程问题；借助Ansys Workbench平台电磁、结构、流体以及优化模块，可对电机多物理场耦合的多变量进行多目标优化设计，Maxwell平台目前可使用的优化工具有以下三种：

第一种是Maxwell自带参数化和优化，该方法的好处是使用方便，学习门槛低，可以快速对电磁方案进行一两个目标的优化，缺点是不能多Design、不能多物理场、优化算法不够强大；

基于AEDT的Maxwell多目标优化

第二种是基于Workbench DesignXplorer的多目标优化，其优点是充分利用Workbench的建模功能和多物理场耦合分析功能，实现多设计，多物理场优化。

优化前与优化后模型

响应面与Pareto图

第三种是基于Ansys optiSLang的多目标优化，optiSLang是一款多目标优化分析软件，它既可以独立运行，也可以基于Workbench平台运行。既能充分利用Workbench的多物理场耦合分析功能，也可以集成第三方求解器一起优化。

基于Ansys Maxwell、Ansys Workbench、Ansys optiSLang的电机电磁、振动性能优化

此外，借助Ansys平台的并行分布式计算能力，工程师还可在短时间内对复杂优化策略进行分析和验证，快速实现产品迭代创新。

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