Software: FEM - Tutorial - Elektrisches Flussfeld - Dimensionierung
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):
- Die Aktivierung dieser Funktion führt zum Öffen eines eigenen Tool-Windows. Innerhalb dieses Fensters kann man die aufgezeichneten Kommandos beliebig editieren. Über die Tool-Button kann man die Aufzeichnung und Abarbeitung der Kommando-Sequenz steuern. Das Script kann als .PRG-File gespeichert werden.
- Möchte man ein vollständig parametrisiertes Modell als Program File erzeugen, so muss man konsequent mit einer leeren Modell-Datei beginnen. Nach der Definition aller erforderlichen Parameter (Tools - Variables) kann man diese dann in allen folgenden Schritten verwenden (Einrichten der Arbeitsfläche, Geometrie defineren, ...).
- Bei der Definition der Variablen kann man über einen Formel-Editor alle Abhängigkeiten zwischen den Variablen berücksichtigen.
- Die Komplexität des entstehenden Scriptes kann man aus dem folgenden Bild erahnen:
Die Möglichkeit von Script-Modellen auf der Basis eines Program File werden wir im FEMAP im Rahmen der Übungen nicht nutzen:
- Die erforderlichen Konzepte können am Beispiel des LUA-Scripting im FEMM-Programm einfacher vermittelt werden.
- Innerhalb des FEMAP konzentrieren wir uns auf Grundlagen der FE-Netze.
Achtung:
Falls man diese Script-Funktion ausprobiert hat, so sollte man das zugehörige Modell schließen, bevor man weiter an der eigentlichen Übungsaufgabe arbeitet!
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 oberen 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.
- Die erforderliche Verfeinerung des Netzes werden wir jedoch erst nach dem Einbringen des L-Schnittes vornehmen.
Modellierung des L-Schnitts
===>>> Hier geht es bald weiter !!!
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.
Anleitung vom letzten Jahr siehe:
http://www.ifte.de/lehre/cae/fem/04_elektrofluss/fem_l-schnitt_femap.html
