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### Maxwell 3D 12.0 基本练习详解 #### 一、静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真 ##### 平板电容器模型描述 本实例介绍了一个基本的静电场问题——平板电容器电容计算仿真。具体模型包括两个平行放置的极板以及位于二者之间的介质层。 - **上下两极板尺寸**：25mm×25mm×2mm，材料为理想导体（PEC）。 - **介质尺寸**：25mm×25mm×1mm，材料为云母（Mica）。 - **激励**：通过在上下极板之间施加电压差来进行激励，其中上极板电压为5V，下极板电压为0V。 - **计算目标**：仿真计算该电容器的电容值。 ##### 建模步骤 1. **新建项目**：首先通过`Project > Insert Maxwell 3D Design`新建一个3D设计项目，并保存项目名为“PlanarCap”。 2. **选择求解器类型**：选择静电场求解器`Maxwell > Solution Type > Electric > Electrostatic`。 3. **创建下极板**：使用`Draw > Box`命令绘制一个六面体作为下极板，其尺寸为25mm×25mm×2mm。 4. **命名与赋材质**：将创建的下极板重命名为“DownPlate”，并为其分配理想导体材质`Assign Material > pec`。 5. **创建上极板**：同样使用`Draw > Box`绘制上极板，尺寸为25mm×25mm×2mm，位置位于下极板上方1mm处，之后重命名为“UpPlate”，并分配相同材质。 6. **创建中间介质层**：再次使用`Draw > Box`绘制介质层，尺寸为25mm×25mm×1mm，位置位于两极板之间，命名为“Medium”，并分配云母材质`Assign Material > mica`。 7. **创建计算区域**：设置计算区域时，可以选择忽略电场的边缘效应`Padding Percentage：0%`。 ##### 设置激励 - **设置电压源**：选中上极板“UpPlate”，设置电压激励`Maxwell 3D > Excitations > Assign > Voltage > 5V`；选中下极板“DownPlate”，设置电压激励为0V。 ##### 设置计算参数 - **指定计算参数**：通过`Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > Voltage1, Voltage2`指定计算参数。 - **设置自适应计算参数**：添加解决方案设置`Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup`，设置最大迭代次数为10次，误差要求为1%，每次迭代加密剖分单元比例为50%。 - **检查与运行**：最后进行模型检查并运行仿真。 ##### 查看结果 - 在结果中查看电容值`Maxwell 3D > Results > Solution data > Matrix`，得到电容值为31.543pF。 #### 二、恒定电场问题实例：导体中的电流仿真 ##### 恒定电场概念 - **定义**：在导体内部，由恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场。 - **来源**：包括电压激励、电流激励和电流汇三种。 - **求解器**：采用不计算导体外部电场的求解器，即只关注导体内部电场情况。 ##### 实例说明 本实例演示了如何在Maxwell 3D中模拟导体内的电流分布。通过构建多个导体结构，可以观察到电流是如何在这些导体中流动的。 1. **新建项目**：同上，创建一个新项目，保存为“DCConduction”，并选择DC传导求解器`Maxwell > Solution Type > Electric > DC Conduction`。 2. **创建导体**：绘制一个导体六面体，尺寸为1mm×0.8mm×0.2mm，并将其命名为“Conductor”，材质设置为铜。 3. **复制导体**：通过沿线复制的方式，创建三个与原始导体并列的其他导体，实现四根导体的排列。 ##### 设置激励与求解 - **设置电压激励或电流激励**：根据具体仿真需求，可以设置电压激励或电流激励来驱动电流流动。 - **求解与分析**：运行仿真后，可以通过查看结果来分析导体中的电流分布情况。 通过以上两个实例的学习，我们可以掌握如何在Maxwell 3D软件中进行基本的静态电磁场仿真分析，包括建模、设置激励、定义计算参数以及查看仿真结果等关键步骤。这对于初学者来说是非常实用且有效的学习途径。