如何計算交流線圈上方磁鐵受力
低頻時域求解器(LT-Solver)可用于求解時域中的瞬態(tài)電磁場問題，它可以計算隨時間變化的損耗和能量，也可以計算力和扭矩。低頻時域求解器可以求解兩種類型的方程：準(zhǔn)靜磁 (MQS)和 準(zhǔn)靜電 (EQS)。由于線圈中通交變電流，因此需要采用LT-Solver，因為LT-Solver才可以設(shè)置Excitation Signal。
1.首先新建一個仿真工程（在此示例中我們選擇不使用仿真模板創(chuàng)建新的仿真工程）：啟動CST后，點擊功能區(qū)的File選項卡，進入到下圖所示的界面。選擇New and Recent，點擊頁面左下角的3D Simulation，在其下拉菜單中選擇Low Frequency后，進入到仿真工程界面。
2.新建仿真工程后，首先在 Home 選項卡下點擊Units圖標(biāo)，進入下圖所示對話框，將單位設(shè)置為mm, Hz, s。
3.在 Home 選項卡下展開Setup Solver圖標(biāo)的下拉菜單，選擇LF Time Domain Solver，將求解器切換到低頻時域求解器。
4.創(chuàng)建線圈，首先創(chuàng)建一個矩形來定義線圈的橫截面：在Modeling選項卡下，展開Curves的下拉菜單，點擊Rectangle，按ESC鍵彈出對話框。
5.在彈出的Rectangle對話框中，按下圖所示輸入矩形截面的尺寸，然后點擊OK按鈕完成。
6.創(chuàng)建線圈的路徑：在Modeling選項卡下，點擊Local WCS圖標(biāo)，激活局部坐標(biāo)系，然后點擊Local WCS圖標(biāo)旁邊的Transform WCS圖標(biāo)，彈出Transform Local Coordinate System對話框，將局部坐標(biāo)系繞V軸旋轉(zhuǎn)90°。
7.再創(chuàng)建一個矩形來定義線圈的路徑，在Modeling選項卡下，展開Curves下拉菜單，點擊Rectangle，按ESC鍵彈出Rectangle對話框。按下圖所示輸入矩形的尺寸，點擊OK按鈕完成。
8.在Simulation選項卡下，點擊線圈圖標(biāo)的下拉菜單，選擇Coil。然后在3D界面中先雙擊線圈矩形輪廓rectangle1，再雙擊線圈路徑rectangle2，彈出Define Coil的對話框。
9.在彈出的對話框中設(shè)置線圈電流為5A，線圈匝數(shù)為100，然后點擊OK按鈕完成，這樣就創(chuàng)建了一個線圈。
創(chuàng)建好的線圈如下圖所示：
10.創(chuàng)建位于線圈上方的磁鐵：在Modeling選項卡下點擊六面體圖標(biāo)，彈出Brick對話框。
11.在彈出的對話框中按下圖所示尺寸創(chuàng)建磁鐵，其中磁鐵與線圈的垂直距離（W方向上）設(shè)為變量d，d初始值設(shè)為2。在Material一欄中，在其下拉選項中選擇Load from Library，進入到Load from Material Library對話框。
12.在Load from Material Library對話框搜索steel，選擇Steel-1008，此材料通過軟磁BH曲線來描述其非線性特性。點擊下方的Load按鈕后，將Steel-1008從CST材料庫中加載并使用，然后回到Brick的對話框，點擊OK按鈕完成。
模型創(chuàng)建完成，如下圖所示：
13.設(shè)置邊界條件：在Simulation選項卡下，點擊Boundaries圖標(biāo)，彈出Boundary Conditions對話框，在所有方向上均設(shè)置為電邊界。
14.設(shè)置背景屬性：在Simulation選項卡下，點擊Background圖標(biāo)，在結(jié)構(gòu)周圍增加一些空間，建議背景加大一些。此示例中增加的空間如下圖所示，僅作參考；要想更準(zhǔn)確，需要進行邊界條件收斂驗證，一般大一點更準(zhǔn)，但所需仿真時間更長。
15.設(shè)置網(wǎng)格：在Simulation選項卡下，點擊Global Properties圖標(biāo)，彈出網(wǎng)格屬性對話框，按下方右圖所示設(shè)置網(wǎng)格，點擊OK完成。網(wǎng)格數(shù)量可以適當(dāng)增加，對提高精度也有好處。
16.創(chuàng)建一個交流激勵信號，在導(dǎo)航樹中選中Excitation Signals，然后右鍵選擇New Excitation Signal，彈出激勵信號對話框。
17.在彈出的Excitation Signal對話框中，信號命名為signal1，Signal type選擇正弦信號Sine，信號持續(xù)時間Ttotal為1s，信號頻率Frequency為10Hz，點擊OK完成。
18.設(shè)置場監(jiān)視器：在Simulation選項卡下，點擊Field Monitor圖標(biāo)，彈出3D Field Monitor對話框。
19.在Type一欄選擇B-Field，Start time設(shè)置為0， Step width設(shè)置為0.05，然后點擊Apply按鈕，磁感應(yīng)強度監(jiān)視器設(shè)置完成。按照同樣的方式，在Type的下拉菜單中選擇磁場H-Field、電場E-Field和Cond. Current Dens.，設(shè)置磁場/電場/電流監(jiān)視器。
20.定義力監(jiān)視器：如果要計算力，必須定義監(jiān)視器。在Simulation選項卡下，點擊Monitor on Entity的下拉菜單，選擇Monitor on Volume，彈出對話框。Type一欄設(shè)置為Force and Torque（力和扭矩），Monitor Volume一欄選擇磁鐵solid1，也就是監(jiān)控磁鐵上所受的力。點擊OK按鈕完成。
21.在Simulation選項卡下，點擊LT求解器圖標(biāo)，進入低頻時域求解器參數(shù)對話框。Equation type選擇Magnetoquasistatic（準(zhǔn)靜磁），網(wǎng)格類型為Tetrahedral（四面體），仿真持續(xù)時間設(shè)為1.2s，時間積分類型選擇High order， 時間步長選擇Adaptive。高階方法對時間步長之間的結(jié)果進行更精確的插值；而低階方法是假設(shè)時間步長之間的解是線性變化的，所需計算時間更短。時間步長可以選擇為Constant（恒定的）或者自適應(yīng)（Adaptive），時間步長應(yīng)盡量設(shè)小一些。一般來說，建議使用自適應(yīng)確定時間步長，此示例中采用自適應(yīng)時間步長的默認(rèn)設(shè)置。
22.在上圖的低頻時域求解器參數(shù)對話框中，點擊Excitations按鈕，進入下圖所示的Excitation Selection對話框，激勵源選擇線圈coil1，激勵信號一欄選擇signal1，也就是前文中創(chuàng)建的正弦信號作為交流激勵信號。點擊OK完成，回到低頻時域求解器對話框，然后點擊Start按鈕運行仿真。
仿真完成后，在導(dǎo)航樹 Navigation Tree > 1D Results > Force文件夾下查看磁鐵受力情況，如下圖所示，可見磁鐵受力主要是沿-X方向，符合實際情況。還可以在導(dǎo)航樹中2D/3D Results文件夾下查看電場、磁場、電流分布。
