真空断路器电场分析 一、问题简介 本文旨在使用通用有限元分析软件 ANSYS 对真空断路器进行电场分析，观 察断路器内电势和电场强度分布。结构示意图如图 1 所示，由于几何结构呈轴对 称特性，可以简化为二维轴对称模型。 图1 真空断路器结构示意图 二、仿线 仿真分析流程图 绘制二维草图 （AutoCAD） 清除没有必要的特征（倒角） 创建几何面 （UG、 SpaceClaim） 划分网格（Workbench） 创建命名组件 施加载荷 求解 后处理 图2 仿线 清除细小特征 为了便于分析时，进行网格划分，分析删除细小的倒角或几何边等特征。由 于只需要建立轴对称模型，因此只需要建立一半的几何面，如图 3 所示。 图3 简化几何模型 2.3 创建几何面 创建圆形面，代表断路器周围空气域；创建圆环面，代表无限边界域；将上 述几何线投影在空气域表面上， 对几何面进行分割，从而得到不同部件独立的几 何面。 图4 仿线 划分网格 与经典 ANSYS 分析环境相比，ANSYS Workbench 具有强大的网格划分优势， 允许用户很方便的设置网格划分方法和尺寸控制，并且网格划分质量高，同时充 分利用多核处理器的计算能力并行进行网格划分，显著提升了网格划分速度。因 此，本文选择在 Workbench 中进行网格划分，断路器区域网格尺寸为 0.5mm， 外部空气域网格尺寸为 6mm，采用四边形单元自由划分网格。如图 5 所示。节 点个数为 74728，单元个数为 27084。 图5 有限元网格模型 2.5 创建命名组件 为了方便在经典 Ansys 中定义不同区域材料和施加载荷， 在 Workbench 中创 建命名组件。首先根据不同区域材料，选择对应几何面，创建命名组件。 图6 针对不同区域材料建立命名组件 无限单元边界 图7 针对无限单元边界建立命名组件 2.6 施加载荷和边界条件 该步骤中主要完成以下操作： ? ? ? 施加电压载荷，如图 8 所示； 选择金属区域节点，耦合电压自由度，如图 9 所示； 选择无限边界单元外边界，施加无限表面标志位。 下部电极区域 上部电极区域 图8 施加电压边界条件 图9 耦合中间金属罩区域电压自由度 三、仿真分析结果 电势分布如下图。 图10 电势分布云图 图11 电场强度分布云图 图12 电场强度矢量图
