ANSYS HFSS. Сравнение использования некоторых настроек сетки на примере моделирования объёмного резонатора в Eigenmode.

Аватар пользователя Evgeny Butorov
0 1085

ANSYS HFSS. Сравнение использования некоторых настроек сетки на примере моделирования объёмного резонатора в Eigenmode.

Ранее мной уже были выложены две статьи по поводу настроек сеточного генератора (ANSYS HFSS. Сеточный генератор. (часть 1, 2)). Но они были посвящены описанию различных настроек без привязки к конкретной задаче и без оценки точности вычислений. В этой статье рассмотрен конкретный пример и оценено влияние различных настроек сеточного генератора на точность моделирования.  В качестве модели исследования был выбран цилиндрический резонатор. Высота и радиус резонатора выбраны по 5 мм, стенки – идеальный проводник (Рисунок 1). Для анализа будем рассматривать доминирующую моду которой соответствует минимальная резонансная частота. Несложно используя аналитические формулы вычислить эту частоту, она будет равна 22.9502 ГГц.  Далее воспользуемся решателем HFSS Eigenmode, который позволит вычислить резонансную частоту методом конечных элементов. Причем будем использовать для построения сеточной модели три разных настроек решателя (по умолчанию, поверхностная аппроксимация, использование криволинейных элементов) и будем сравнивать полученный результат в аналитически вычисленным, а также будем оценивать размер вычисляемой матрицы неизвестных.

 

Рисунок 1. Размеры анализируемого объёмного резонатора и настройки Eigenmode решателя.

  1. Настройки решателя по умолчанию.

Резонансная частота при использовании настроек “по умолчанию” составила 23.2691 ГГц. Эта частота выше частоты вычисленной аналитически (22,9502 ГГц), поскольку мы используем прямолинейные элементы, и эффективный объем, который вычисляется при данной настройке меньше, чем фактический объем резонатора. Настройки по умолчанию обеспечивают разумное приближение, с относительной погрешностью 1,39%, размер матрицы вычисляемых неизвестных составила 5798.

  1. Использование настройки поверхностной аппроксимации (Surface Approximation).

Для повышения точности, предпримем попытку посредством более тонкой сегментации цилиндрической поверхности за счет уменьшения отклонения нормали (используем Surface Approximation, настройку normal deviation) до величины 10 градусов. В этом случае расчетная частота составляет 23.0125 ГГц и относительная погрешность будет 0,27%. Точность намного лучше; размер матрицы 5730 неизвестных.

  1. Использование криволинейных элементов.

В третьем случае, поставим галочку использовать криволинейные элементы, причём величину отклонения нормали установим 30 градусов (такая величина отклонения нормали предполагает грубую сетку). Остальные настройки оставим по умолчанию. При данных настройках, расчетная частота составит 22,9496 ГГц, относительная погрешность будет равна 0,0026%, а количество неизвестных матрицы 5524 (уменьшилось по сравнению с количеством неизвестных матриц в первом и втором случае настроек).

Поле и сетчатые участки для всех трех случаях показаны ниже.

 

Рисунок 2. a) настройки по умолчанию; b) использована аппроксимация по поверхности (normal deviation=10) с) использование криволинейных элементов (normal deviation=30).

Таким образом можно сделать вывод, что использование криволинейных элементов даже на грубой сетке обеспечивают чрезвычайно точные результаты вычислений. Причём, такой подход, когда в модели есть криволинейные поверхности, гораздо эффективнее, чем первые два (так как матрица неизвестных оказалась меньше и естественно потребуется меньше времени для моделирования).

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии