使用3DEXPERIENCE平台和CST Studio Suite优化四极磁体

磁体设计涵盖物理学的许多学科，统一的磁体设计模型在加速和简化磁体开发过程方面有很多好处。本博客文章中介绍的工作流程允许使用 CATIA 设计四极磁体，使用 SIMULIA CST Studio Suite 进行仿真，并使用 Process Composer 进行优化。此工作流程在一个通用环境 3DEXPERIENCE 平台中全部执行。

长期以来，工程师们一直在寻找一个用于磁体设计的单一统一模型的概念。任何有意义的虚拟孪生模型都必须能够模拟设备的电磁、热和结构性能，并保留完整的几何、材料和制造信息。虚拟孪生必须能够响应设计更改，并确定必须重复哪些模拟才能捕获设计更改的效果。至少，它应该可靠地识别仿真结果是否是从以前版本的虚拟原型生成的。考虑到来自多个物理领域的输入来优化设计的能力也至关重要。

这篇博文介绍了如何使用 3DEXPERIENCE 平台通过 Mechanical Designer 角色、电磁仿真工具 CST Studio Suite® 和 Opera® 以及 Process Composer 提供的优化功能来耦合 CAD。在此互联工作流程中，使用 Mechanical Designer 角色设计了电磁四极杆的钢杆轮廓并对其进行参数化。然后将参数化设计用作优化的基础，并通过 3DEXPERIENCE 平台将物理结果可视化。

设计

磁体的单极首先在 3DEXPERIENCE 平台上使用 CATIA 应用程序 Part Design 进行建模。极点已完全参数化，尤其是极尖，它将成为以下优化的重点。

图 1：CATIA Part Design 应用程序中的磁极设计。

模拟

使用 3DEXPERIENCE 平台，该部件被导入到 CST Studio Suite 中。对称性用于创建四极杆的其余部分。添加了线圈、网格、边界条件和分析选项。运行静磁求解器并定义后处理条件。

图 2.设置并求解四极磁体的电磁仿真。

优化

Optimization Process Composer 用于使用由参数化 CATIA 几何体驱动的 CST Studio Suite 构建优化过程。CST Studio Suite 模型的输出用于设定优化目标。

图 3：在 Process Composer 中设置优化

后处理

Performance Studio 用于对优化结果执行初始轻量级后处理。从初始结果中，选择了一个候选几何。

图 4：选择最佳候选者。

候选几何

在 CST Studio Suite 中自动执行候选几何体的 CAD 更新，并重新模拟生成的模型。它在所有相关标准上都优于初始模型。

计算磁极和线圈上产生的力，用于后续的机械评估。对线圈位移进行了初步计算。

图 5：验证优化后的设计并计算结构性能。

进一步的工作

此分析的下一步是扩展多物理场分析。电磁仿真产生的力可用于使用 3DEXPERIENCE 平台上的 Abaqus 角色驱动结构仿真。然后，可以将这些模型添加到优化循环中，以进行完整的多物理场仿真。最终，还可以包括电磁损耗的热仿真。

结论

磁体设计涵盖物理学的许多学科，统一的磁体设计模型在加速和简化磁体开发过程方面有很多好处。本博客文章中介绍的工作流程允许使用 CATIA 设计四极磁体，使用 SIMULIA CST Studio Suite 进行仿真，并使用 Process Composer 进行优化。此工作流程全部在一个通用环境 3DEXPERIENCE 平台中执行。

这种方法有望缩短设计时间并优化磁体性能。它还允许采用多物理场方法进行磁体分析，同时考虑磁体的电磁、热和结构机械特性以及它们之间的相互作用。