Software: FEM - Tutorial - Elektrisches Flussfeld - Dimensionierung

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Manuelle Fein-Dimensionierung in FEMAP

(Simulation des getrimmten Widerstands)

Script-Modelle in FEMAP

Auch im FEMAP besteht die Möglichkeit, den kompletten FEM-Prozess auf der Basis einer Script-Datei ablaufen zu lassen. Zwar könnte man dieses Script prinzipiell auch direkt in einem Text-Editor schreiben. Das wird sich jedoch kaum jemand antun wollen, da die Syntax der einzelnen Befehle doch ziemlich komplex ist.

In FEMAP wird man zur Erzeugung einer Script-Datei die Aufzeichnung aller auf der grafischen Oberfläche aufgeführten Befehle im Sinne eines Makro-Recorders nutzen. Die zugehörige Funktion findet man unter (Tools - Program File).

Modellierung des P-Schnitts

Aus dem Modell-File Ru_xx.MOD des ungetrimmten Widerstands erzeugen wir eine Kopie Rn_xx.MOD für die Simulation des Trimmvorgangs (xx=Teilnehmer-Nr.).

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 des Löschens einzelner Elemente zur Vergrößerung des Schnitts und der Korrektur von Knoten-Positionen zur Nachbildung der exakten Schnittgeometrie.

Achtung: In dieser Übung werden wir ebenfalls nur QUAD-Elemente im FEMAP-Modell verwenden, um das Prinzip der Netzverfeinerung mit diesen Elementen zu verinnerlichen!

Es sollte wie beim realen Trimmen mit der Simulation dieses Kerbschnitts begonnen werden:

• Wir korrigieren die Knoten-Positionen entlang des P-Schnitts, so dass diese bis zum Knickpunkt exakt auf der Schnittkante liegen:
  • Um beliebig viele Knoten gemeinsam um eine gewünschte Strecke zu verschieben, bietet sich der Befehl (Modify - Move - By - Nodes) an.
  • Der Verschiebungsvektor wird durch seine Basis und seine Spitze definiert. Für beides kann man zuerst einen beliebigen Knoten der zu verschiebende Knoten-Menge wählen. Danach ersetzt man im Beispiel die X-Richtung durch die gewünschte Endposition:
    
• Da wir einmal so dabei sind - korrigieren wir auch gleich die Knoten-Positionen entlang der gedachten Kante des L-Schnitts:
  
• Die berechneten Ergebnisse dürfen sich trotz der Netzverzerrung nur unwesentlich von denen mit gleichmäßiger Vernetzung unterscheiden, weil der Schnitt im Netz dadurch noch nicht existiert!
• Die Verwendung der Mittenknoten im Means-Solver wird hierbei nur zu unmerklich genaueren Ergebnissen führen (Schnittlinie im Bild angedeutet):
  
• Wir löschen dann die Elemente rechts von der P-Schnittkante:
  
• Mit dem obigen Netz wird die sofortige Ausweitung des Strompfades direkt hinter dem Schnitt verhindert. Deshalb bilden wir den P-Schnitt von 25 µm Breite exakt nach:
  • Die Lücke im Netz ist bis auf eine Breite von 25 µm zu schließen.
  • Dafür sollte man nur Operationen verwenden, welche auf beliebig große Mengen von Elementen anwendbar sind. Das Definieren zusätzlicher einzelner Knoten (Model - Node) und deren Nutzung bei der Definition einzelner Elemente (Model - Element) verbietet sich also, obwohl dass in unserem Beispiel noch beherrschbar wäre.
  • Wir können hier die Knoten auf der rechten Seite der Lücke mittels (Modify - Move - By - Nodes) bis auf 25 µm an die linke Seite verschieben:
    

Mit der Berücksichtigung der exakten Geometrie des P-Schnittes ändert sich der berechnete Widerstandswert merklich:

• Die stellen des Netzes mit den größten Potential-Gradienten sollten am feinsten Vernetzt werden. Im Beispiel ist dies der Bereich am Ende des P-Schnittes.
• Wie groß der Fehler infolge unzureichender Vernetzungsdichte ist, kann man nur durch die Verfeinerung des Netzes an den kritischen Stellen abschätzen.

Im Folgenden soll ein Schema geübt werden, wie man Quad-Elemente an Ecken des Netzes in kleinere Quad-Elemente gesplittet werden können (Mesh - Editing - Interactive):

• Wir unterteilen die Elemente am Schnittende in jeweils 3 Elemente.
• Durch Aktivieren der Merge-Funktion werden beim Splitten der Elemente die koinzidenten Knoten sofort zusammengefasst.
• Die Richtung des Splittens eines Elements steuert man durch die Position des Cursors innerhalb Elements.

===>>> Hier geht es bald weiter !!!

Anleitung vom letzten Jahr siehe:

http://www.ifte.de/lehre/cae/fem/04_elektrofluss/fem_l-schnitt_femap.html

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