Software: FEM - Tutorial - Elektrostatik - Fusion - elektrostatische Simulation

↑

← →

Elektrostatische Simulation mittels thermischer Studie

Wir wechseln nun vom Arbeitsbereich "Modell" in den Arbeitsbereich "Simulation":

• Innerhalb dieses Arbeitsbereiches können auf Grundlage des CAD-Modells Finite-Elemente-Simulationen für unterschiedliche physikalische Domänen durchgeführt werden (zur Zeit nur für Strukturmechanik und Wärme).
• Je nach gewünschten Analyse- bzw. Optimierungsanforderungen muss man sich in Abhängigkeit von der betrachteten physikalischen Domäne für einen Studientyp entscheiden, welcher dann die erforderliche Funktionalität bereitstellt:

• Elektrische Felder werden als physikalische Domäne vom Fusion 360 nicht unterstützt. Wir können jedoch problemlos die Potentialfeld-Analogie zwischen Temperaturfeld und elektrostatischem Feld nutzen.
• Wir wählen den Studientyp "Thermisch", der sich auf reine Wärmesimulationen beschränkt (der Studientyp "Thermische Spannung" behandelt zusätzlich innerhalb der Konstruktion die Wechselwirkung zwischen der Wärmeverteilung und der mechanischen Verformung und der daraus resultierenden mechanischen Spannung).

Studien-Materialien und -Einheiten

Zuerst sollte man überprüfen, ob alle Körper des Modells auch wirklich mit den richtigen Material-Parametern für die "thermische Leitfähigkeit" entsprechend ihrer der Permittivität ε versehen sind:

• Dabei wird man bemerken, dass die Werkstoffparameter z.B. die Einheiten mm und C anstatt der SI-Einheiten m und K verwenden, was die Überprüfung der zuvor in SI-Einheit eingegebenen Wärmeleitfähigkeiten erschwert.
• Wir brechen deshalb vorläufig die Material-Überprüfung ab und öffnen die Einstellungen für die Einheiten:
  
• Ein Umschalten der Vorgabeeinheit auf "Metrisch (SI)" würde nur die Temperatur-Einheit von Celsius auf Kelvin ändern. Die Länge behält trotzdem die Einheit Milimeter und könnte danach nicht manuell auf Meter geändert werden!
• Wir belassen es deshalb bei der Vorgabeeinheit "Benutzerdefiniert" und wählen manuell Kelvin und Meter.
• Danach sollten die thermischen Leitfähigkeiten der Studienmaterialien die Einheit W/(m⋅K) besitzen und damit wertmäßig leicht überprüfbar sein.

Kontakt-Generierung und Vernetzung

In der 2. FEM-Übung haben wir uns am Beispiel der Strukturmechanik intensiv mit der Wirkungsweise und Definition von Kontakten zwischen Bauteilen innerhalb einer Baugruppe beschäftigt:

• Um den Wärmefluss zwischen den einzelnen Körper einer Konstruktion im FEM-Modell zu ermöglichen, müssen thermische Kontakte definiert werden. Dies betrifft im Normalfall alle Berührungsflächen zwischen den Körpern.
• Für die Erzeugung der erforderlichen Kontakte stehen in kommerziellen FEM-Programmen meist Automatismen zur Verfügung. Diese können aber durchaus zu physikalisch unsinnigen Kontakten führen!
• Beim Aufruf der Funktion zur automatischen Generierung von Kontakten erfolgt die wichtige Abfrage zur Kontakterkennungstoleranz. Der Vorgabewert von z.B. 100 µm ist größer als die Leiterzugdicke von 35 µm und würde einen Kontakt zwischen Laminat und Luft über der Leiterzug hinweg erzeugen! Wir müssen diesen Wert also z.B. auf 10 µm verringern:
  <\div>
• Nach dem Klick auf Erzeugen wird das Modell ausgewertet und Kontaktsätze werden hinzugefügt, wenn die Flächen oder Kanten die folgenden beiden Kriterien erfüllen:
  1. Der Abstand zwischen den Objekten darf nicht größer als die Kontakterkennungstoleranz sein.
  2. Die Objekte müssen parallel sein und innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 Grad liegen.
• Jeder automatisch erzeugte Kontaktsatz wird wie folgt definiert (Siehe → Fusion-Onlinehilfe):
  • Kontakttyp = Verklebt (kein Temperatur-Unterschied zwischen den beiden Kontaktseiten)
  • Durchdringungstyp = Symmetrisch (Master- und Slave-Körper werden gleich behandelt)

===>>> Die dieser Abschnitt wird zurzeit erarbeitet!!!

Simulation des elektrischen Potentialfeldes

Ermittlung der Leiterzug-Kapazitaet

← →