工程师们长期以来一直在寻求一种单一统一模型的概念来设计磁体。任何有意义的虚拟孪生模型必须体现仿真设备的电磁、热和结构性能的能力，以及保留完整的几何、材料和制造信息。虚拟双胞胎必须能够对设计变更做出反应，并且能够识别哪些仿真必须重复进行以捕捉设计变更的效果。至少，它应该可靠地识别仿真结果是否是从虚拟原型的先前版本产生的。考虑到来自多个物理领域的输入，优化设计的能力也是至关重要的。
这篇博客文章报道了3DEXPERIENCE已用于耦合CAD使用的机械设计师角色，电磁仿真工具CST工作室套件和 Opera®以及Process Composer提供的优化功能。在这个相互关联的工作流程中，使用机械设计者角色来设计和参数化电磁四极杆的钢杆轮廓。然后将参数化设计用作优化的基础，物理结果通过可视化3DEXPERIENCE体验平台。
设计
磁体的单个磁极首先使用CATIA上的应用程序部件设计3DEXPERIENCE体验平台。极点是完全参数化的，尤其是极尖，这是后续优化的重点。
图CATIA零件设计应用程序中磁极的设计。
仿真
使用3DEXPERIENCE体验平台，零件导入CST Studio套件。对称性被用来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。运行静磁解算器并定义后处理条件。
图二。四极磁铁电磁仿真的建立和求解。
最佳化
Optimization Process Composer用于使用参数化CATIA几何图形驱动的CST Studio套件构建优化流程。CST Studio套件模型的输出用于设定优化目标。
图Process Composer中优化的设置
后处理
Performance Studio用于执行优化结果的初始轻量级后处理。从初始结果中，选择一个候选几何图形。
图4:选择最佳候选人。
候选几何图形
在CST Studio套件中自动执行候选几何图形的CAD更新，并重新仿真生成的模型。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，用于随后的机械评估。对线圈位移进行了初步计算。
图5:验证优化设计并计算结构性能。
进一步的工作
该分析的下一步是扩展多物理分析。电磁仿真产生的力可用于驱动结构仿真3DEXPERIENCE体验平台。然后，这些模型可以添加到优化循环中，进行全面的多物理仿真。最后，还可以包括电磁损耗的热仿真。
结论
磁体设计涵盖了物理学的许多学科，磁体设计的统一模型将在加速和简化磁体开发过程中具有许多好处。这篇博文中介绍的工作流程允许使用CATIA设计四极磁铁，使用SIMULIA CST Studio套件进行仿真，并使用Process Composer进行优化。该工作流全部在一个公共环境中执行，即3DEXPERIENCE体验平台。这种方法有望减少设计时间和优化磁体性能。它还允许磁体分析的多物理方法，同时考虑磁体的电磁、热和结构机械属性以及它们之间的相互作用。
