Software: FEM - Tutorial - Elektrisches Flussfeld - MP - Dimensionierung: Unterschied zwischen den Versionen
Aus OptiYummy
Zur Navigation springenZur Suche springen
KKeine Bearbeitungszusammenfassung |
KKeine Bearbeitungszusammenfassung |
||
(6 dazwischenliegende Versionen desselben Benutzers werden nicht angezeigt) | |||
Zeile 1: | Zeile 1: | ||
[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_Elektrisches_Flussfeld|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_LUA-Script|←]] [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_Schnittmodell|→]] </div> | [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_Elektrisches_Flussfeld|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_LUA-Script|←]] [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_Schnittmodell|→]] </div> | ||
<div align="center">''' Manuelle Fein-Dimensionierung in Simulation | <div align="center">''' Manuelle Fein-Dimensionierung in Simulation Mechanical '''</div> | ||
<div align="center">''' (Simulation des getrimmten Widerstands) '''</div> | <div align="center">''' (Simulation des getrimmten Widerstands) '''</div> | ||
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_l-schnitt.gif| ]] </div> | <div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_l-schnitt.gif| ]] </div> | ||
Zeile 9: | Zeile 9: | ||
* Im FE-Modell wird anstatt des Materials innerhalb der Schnittgeometrie das FE-Netz entfernt, so dass innerhalb des Schnittes kein elektrischer Strom fließen kann. | * Im FE-Modell wird anstatt des Materials innerhalb der Schnittgeometrie das FE-Netz entfernt, so dass innerhalb des Schnittes kein elektrischer Strom fließen kann. | ||
* Das "Trimmen" bewegt sich beim "manuellen Modellieren" auf dem Niveau der Veränderung der Schnittlänge. | * Das "Trimmen" bewegt sich beim "manuellen Modellieren" auf dem Niveau der Veränderung der Schnittlänge. | ||
* Beim Einspeisen eines Stroms von 1 A entspricht der berechnete Spannungsabfall dem Wert des aktuellen ohmschen Widerstands. | * Beim Einspeisen eines Stroms von '''1 A''' entspricht der berechnete Spannungsabfall dem Wert des aktuellen ohmschen Widerstands. | ||
* Damit kann man sich relativ einfach mit wenigen Iterationen dem angestrebtem Soll-Widerstand nähern. | * Damit kann man sich relativ einfach mit wenigen Iterationen dem angestrebtem Soll-Widerstand nähern. | ||
Zeile 15: | Zeile 15: | ||
* Die Geometrie des P-Schnittes (Kerbschnitt) ist durch die analytische Berechnung exakt bestimmt. | * Die Geometrie des P-Schnittes (Kerbschnitt) ist durch die analytische Berechnung exakt bestimmt. | ||
* Die Länge des L-Schnittes ermittelt man auf Grundlage der Simulationsergebnisse. Im Beispiel wurde eine Anfangslänge=1 mm verwendet. | * Die Länge des L-Schnittes ermittelt man auf Grundlage der Simulationsergebnisse. Im Beispiel wurde eine Anfangslänge=1 mm verwendet. | ||
* Damit ergibt sich ein Widerstandswert, welcher im Beispiel zufälliger Weise schon recht nahe am Sollwert von 240 Ohm liegt:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_getrimmt_MP_Spannung.gif| ]] </div> | * Damit ergibt sich ein Widerstandswert, welcher im Beispiel zufälliger Weise schon recht nahe am Sollwert von '''240 Ohm''' liegt:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_getrimmt_MP_Spannung.gif| ]] </div> | ||
Bevor wir durch Ändern der Schnittlänge den Sollwert anstreben, untersuchen wir die Netzqualität: | Bevor wir durch Ändern der Schnittlänge den Sollwert anstreben, untersuchen wir die Netzqualität: | ||
Zeile 24: | Zeile 24: | ||
* '''Achtung:''' Bei Einbeziehung der Verfeinerungspunkte in die Vernetzung kommt es mit ausschließlich viereckigen Elementen zu Vernetzungsfehlern! Günstig ist die gemischte Verwendung von dreieckigen und viereckigen Elementen. | * '''Achtung:''' Bei Einbeziehung der Verfeinerungspunkte in die Vernetzung kommt es mit ausschließlich viereckigen Elementen zu Vernetzungsfehlern! Günstig ist die gemischte Verwendung von dreieckigen und viereckigen Elementen. | ||
* Durch die Netzverfeinerung an den Kanten verringert sich der Bereich ungenauer Stromflussberechnung. Der "berechnete" Hotspot konzentriert sich jetzt dichter am Schnittende:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_getrimmt_MP_Stromdichte_fein.gif| ]] </div> | * Durch die Netzverfeinerung an den Kanten verringert sich der Bereich ungenauer Stromflussberechnung. Der "berechnete" Hotspot konzentriert sich jetzt dichter am Schnittende:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_getrimmt_MP_Stromdichte_fein.gif| ]] </div> | ||
'''''Hinweis:''''' | '''''Hinweis zum Stromdichte-Maximum:''''' | ||
* Das berechnete Maximum | * Das berechnete Stromdichte-Maximum hat sich infolge der kleineren Elementgröße um ca. 50% erhöht. | ||
* Es ist | * Es ist einleuchtend, dass am Ende des Längsschnittes eine Stromdichte-Erhöhung auftritt, weil dort schlagartig eine Aufweitung des Strömungskanals stattfindet. | ||
* Sehr anschaulich widerspiegelt das die Darstellung der Feldlinien als Iso-Linien ('''''MFL > Ergebniskonturen > Einstellungen > Isoplots'''''):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_getrimmt_MP_Iso-Feldlinien.gif| ]] </div> | * Sehr anschaulich widerspiegelt das die Darstellung der Feldlinien als Iso-Linien ('''''MFL > Ergebniskonturen > Einstellungen > Isoplots'''''):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrofluss_-_getrimmt_MP_Iso-Feldlinien.gif| ]] </div> | ||
* Direkt an der Schnittkante verdichten sich die Feldlinien. Dies ergibt sich aus der [http://de.wikipedia.org/wiki/Stromteiler '''Stromteiler-Regel'''] von den innerhalb der Pastenfläche praktisch parallelgeschalteten Strom-Pfaden. | * Direkt an der Schnittkante verdichten sich die Feldlinien. Dies ergibt sich aus der [http://de.wikipedia.org/wiki/Stromteiler '''Stromteiler-Regel'''] von den innerhalb der Pastenfläche praktisch parallelgeschalteten Strom-Pfaden. | ||
Zeile 32: | Zeile 32: | ||
* An idealen Ecken mit Kantenradius Null strebt in einem unendlich kleinen Gebiet die Stromdichte gegen Unendlich. Dies erklärt die steigende maximale Stromdichte bei Verkleinerung der Elementgröße. | * An idealen Ecken mit Kantenradius Null strebt in einem unendlich kleinen Gebiet die Stromdichte gegen Unendlich. Dies erklärt die steigende maximale Stromdichte bei Verkleinerung der Elementgröße. | ||
* In der Realität begrenzt der endlich kleine Kantenradius die maximale Stromdichte! | * In der Realität begrenzt der endlich kleine Kantenradius die maximale Stromdichte! | ||
'''''Hinweise zum Trimmen:''''' | |||
<div align="center"> [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_LUA-Script|←]] [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_Schnittmodell|→]] </div> | * Unter Einbeziehung des Inventor-CAD-Modells existieren Möglichkeiten, um im ''Autodesk Mechanical'' auf Parameter des CAD-Modells zuzugreifen. Damit sollte es über Änderung von nutzerdefinierten Parametern möglich sein, die erforderliche Schnittlänge zu finden. | ||
* Da wir ein FEM-Modell ohne CAD-Geometrie entwickelten, sind wir auf das einfache manuelle Verändern der Schnittgeometrie mit den Zeichenfunktionen des FEM-Programms angewiesen. | |||
* Etwas umständlich ist dabei das gleichzeitig erforderliche Ändern der Positionen für die beiden Verfeinerungspunkte. | |||
* Die iterative Suche kann man abkürzen, wenn man auf Grundlage des bisherigen Anfangswertes und des nächsten simulierten Schätzwertes eine lineare Extra- bzw. Interpolation für den richtigen Wert vornimmt. Bei kleinen Änderungen der Schnittlänge sollte sich der Widerstand weitestgehend proportional verändern. | |||
* Das Modell des Trimmen-Szenarios ist mit einem hinreichend genau eingestellten Widerstandswert von '''240 Ohm''' zu konfigurieren.<div align="center"> [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_LUA-Script|←]] [[Software:_FEMM_-_Stromfluss_-_Schnittmodell|→]] </div> |
Aktuelle Version vom 8. März 2016, 14:37 Uhr
Manuelle Fein-Dimensionierung in Simulation Mechanical
(Simulation des getrimmten Widerstands)
Aus dem Szenario Stromvorgabe des ungetrimmten Widerstands erzeugen wir eine Szenario-Kopie Trimmen für die Simulation des Trimmvorgangs.
Die Modellierung des Lasertrimmens ist vom Prinzip her sehr anschaulich:
- Am realen Widerstand wird Pasten-Material weggebrannt.
- Im FE-Modell wird anstatt des Materials innerhalb der Schnittgeometrie das FE-Netz entfernt, so dass innerhalb des Schnittes kein elektrischer Strom fließen kann.
- Das "Trimmen" bewegt sich beim "manuellen Modellieren" auf dem Niveau der Veränderung der Schnittlänge.
- Beim Einspeisen eines Stroms von 1 A entspricht der berechnete Spannungsabfall dem Wert des aktuellen ohmschen Widerstands.
- Damit kann man sich relativ einfach mit wenigen Iterationen dem angestrebtem Soll-Widerstand nähern.
Die Schnittgeometrie muss mittels Zeichnen der Schnitt-Umrisslinien ergänzt werden, wobei auch die Lücke in die untere Widerstandskante eingefügt werden muss:
- Die Geometrie des P-Schnittes (Kerbschnitt) ist durch die analytische Berechnung exakt bestimmt.
- Die Länge des L-Schnittes ermittelt man auf Grundlage der Simulationsergebnisse. Im Beispiel wurde eine Anfangslänge=1 mm verwendet.
- Damit ergibt sich ein Widerstandswert, welcher im Beispiel zufälliger Weise schon recht nahe am Sollwert von 240 Ohm liegt:
Bevor wir durch Ändern der Schnittlänge den Sollwert anstreben, untersuchen wir die Netzqualität:
- Das Anzeigen der Stromdichte offenbart einen Hotspot am Ende des L-Schnittes und ein lokales Maximum am Ende des P-Schnittes:
- Im Hotspot wird ein Stromdichte-Wert berechnet, der ungefähr 6x so groß ist, wie im homogenen rechten Bereich.
- An den oberen Ecken des Schnittes muss man eine Netzverfeinerung vornehmen. Dies folgt auch aus der relativen Genauigkeit der berechneten Stromdichte, welche man ebenfalls anzeigen kann:
- Es ist günstig, die Eck-Knoten des Schnittes als Verfeinerungspunkte zu verwenden:
- Achtung: Bei Einbeziehung der Verfeinerungspunkte in die Vernetzung kommt es mit ausschließlich viereckigen Elementen zu Vernetzungsfehlern! Günstig ist die gemischte Verwendung von dreieckigen und viereckigen Elementen.
- Durch die Netzverfeinerung an den Kanten verringert sich der Bereich ungenauer Stromflussberechnung. Der "berechnete" Hotspot konzentriert sich jetzt dichter am Schnittende:
Hinweis zum Stromdichte-Maximum:
- Das berechnete Stromdichte-Maximum hat sich infolge der kleineren Elementgröße um ca. 50% erhöht.
- Es ist einleuchtend, dass am Ende des Längsschnittes eine Stromdichte-Erhöhung auftritt, weil dort schlagartig eine Aufweitung des Strömungskanals stattfindet.
- Sehr anschaulich widerspiegelt das die Darstellung der Feldlinien als Iso-Linien (MFL > Ergebniskonturen > Einstellungen > Isoplots):
- Direkt an der Schnittkante verdichten sich die Feldlinien. Dies ergibt sich aus der Stromteiler-Regel von den innerhalb der Pastenfläche praktisch parallelgeschalteten Strom-Pfaden.
- Je geringer der Widerstand entlang eines Pfades, desto größer der Strom. Je kürzer ein Strompfad bei gleichen Querschnitt, desto geringer der Widerstand. Die Strompfade zur unteren Seite des Kupfer-Kontaktes sind am kürzesten, wenn sie sich direkt um die Ecke "winden".
- An idealen Ecken mit Kantenradius Null strebt in einem unendlich kleinen Gebiet die Stromdichte gegen Unendlich. Dies erklärt die steigende maximale Stromdichte bei Verkleinerung der Elementgröße.
- In der Realität begrenzt der endlich kleine Kantenradius die maximale Stromdichte!
Hinweise zum Trimmen:
- Unter Einbeziehung des Inventor-CAD-Modells existieren Möglichkeiten, um im Autodesk Mechanical auf Parameter des CAD-Modells zuzugreifen. Damit sollte es über Änderung von nutzerdefinierten Parametern möglich sein, die erforderliche Schnittlänge zu finden.
- Da wir ein FEM-Modell ohne CAD-Geometrie entwickelten, sind wir auf das einfache manuelle Verändern der Schnittgeometrie mit den Zeichenfunktionen des FEM-Programms angewiesen.
- Etwas umständlich ist dabei das gleichzeitig erforderliche Ändern der Positionen für die beiden Verfeinerungspunkte.
- Die iterative Suche kann man abkürzen, wenn man auf Grundlage des bisherigen Anfangswertes und des nächsten simulierten Schätzwertes eine lineare Extra- bzw. Interpolation für den richtigen Wert vornimmt. Bei kleinen Änderungen der Schnittlänge sollte sich der Widerstand weitestgehend proportional verändern.
- Das Modell des Trimmen-Szenarios ist mit einem hinreichend genau eingestellten Widerstandswert von 240 Ohm zu konfigurieren.