Software: FEM - Tutorial - Elektrisches Flussfeld - Dimensionierung

Manuelle Fein-Dimensionierung in FEMAP

(Simulation des getrimmten Widerstands)

Software FEM - Tutorial - Elektrofluss - l-schnitt.gif

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.

Leider ist die Umsetzung zumindest in der verwendeten FEMAP-Version 9.1 etwas umständlich:

Es wurde keine Möglichkeit entdeckt, wie man ausgehend von einer geänderten Schnittgeometrie automatisch das für die Simulation benötigte FE-Modell erzeugen kann.
Möglichkeiten der Parametrisierung von Geometrie und FE-Modell sind nur sehr eingeschränkt vorhanden.
Das "Trimmen" bewegt sich deshalb 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!

Modellierung des P-Schnitts

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: