Software: FEM - Tutorial - Elektrisches Flussfeld - MP - Dimensionierung
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Manuelle Fein-Dimensionierung in Simulation Multiphysics
(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, 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: Bein Einbeziehung der Verfeinerungspunkte in die Vernetzung kommt mit 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.
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