Software: FEM - Tutorial - Elektrisches Flussfeld - Z88

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Elektrisches Flussfeld in Z88Aurora (Für Übungsteilnehmer nur zur Info!)

Die Anwendung der Analogiebeziehungen ist für das elektrische Flussfeld im Z88Aurora einfacher als beim elektrostatischen Feld, weil kein Korrekturfaktor für die spezifische elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist:

• Wir benötigen zumindest für die Validierung anhand des ungetrimmten Widerstandes im Vergleich zur analytischen Dimensionierungsgleichung des ohmschen Widerstands keine unterschiedlichen Materialien.
• Man kann sich auf eine rechteckige, 20 µm dicke Schicht der Widerstandspaste beschränken.
• Auf der einen Kontaktseite legt man das Nullpotential und in die andere Kontaktseite lässt man einen Strom von z.B. 1 A hineinfließen. Der Spannungsabfall U=I·R_u entspricht dem Wert des ohmschen Widerstands.

Hierfür genügt ein mit einem Freemesher generiertes Tetraeder-Netz auf Basis einer importierten STEP-Datei:

• Wir konstruieren mittels eines CAD-Programms die Widerstandsschicht aus einem extrudierten Rechteck.
• Der Export der STEP-Datei FEM4_Ru_xx.stp (u ... ungetrimmt) in den lokalen CAD-Projektordner "FEM4_CAD_xx" sollte mit höchster Spline-Einpassgenauigkeit und dem Anwendungsprotokoll "214" erfolgen.
• Die Modell-Validierung des ungetrimmten Widerstands erfolgt im neuen Z88-Projekt "FEM4_Z88_Ru_xx".
• Beim Hinzufügen eines neuen Materials für die Widerstandspaste ist die Längeneinheit mm zu beachten!
• Für die Tetraeder-Vernetzung funktioniert im Beispiel anscheinend nur Tetgen:
  • "Netgen" stürzte bei der Vorbereitung der Übung ab!
  • Für die 20 µm dicke Widerstandsschicht genügt eine Lage von Tetraeder-Elementen.
  • Es genügen lineare Tetraeder auf Grund der sehr feinen Vernetzung in der Fläche.
• Die Definition der Randbedingungen auf beiden Seiten der Widerstandsschicht ist unkompliziert (Siehe "Elektrostatik": Modellbildung und -validierung mit Z88Aurora-Thermomodul).
• Die Simulation mit dem PARDISO-Solver ergibt den folgenden Spannungsverlauf in der Widerstandsschicht:

Der sich aus der Definitionsgleichung R=U/I ergebende ohmsche Widerstandswert muss für die individuelle Teilnehmer-Nummer sehr genau mit dem analytisch berechneten Wert aus der Dimensionierungsgleichung R=ρ·L/A übereinstimmen. Ursachen für Abweichungen sind z.B.:

• falsch berechneter Wert der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit anhand der Teilnehmer-Nummer
• falsche Berücksichtigung des verwendeten Maßsystems für den Wert der Leitfähigkeit
• falsche Maße im CAD-Modell

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