Совместная работа в Maxwell 2D/3D и Simplorer.

В данной министатье дан краткий обзор подхода к решению Maxwell 2D/3D (FEA) электромагнитной задачи, посредством программы системного анализа Simplorer.

Представим себе "тяжелую" модель в 1млн. тетраедров, стоит задача анализа работы модели в заданном диапазоне времени. Предполагается рассматривать 20-40 моментов времени. Присутствуют подвижные элементы модели. Используется сложная схема управления и механического нагружения.

Есть несколько путей решения данной задачи:

Magnetostatic - решаем стационарную задачу, получаем адаптивную, качественную сетку, вычисляем индуктивности, эл. магнитные силы. Не имеем возможности оценить работу модели в динамике с учетом вихревых токов, эффектов динамического размагничивания, потерь и т.д.

Transient - используя данный модуль, имеем динамическое, полное решение во временном диапазоне с учетом всех перечисленных выше эффектов. Ошибка вычислений в данном типе анализа сильно зависит от созданной пользователем сетки конечных элементов. Есть возможность подключения к КЭ модели простой схемы управления.

Используя мощный симулятор Simplorer, управляем Maxwell КЭ моделью для анализа переходного процесса. Инструменты Simplorer позволяют создать наисложнейшие электрические, механические, гидравлические и т.д. схемы управления и нагружения, а так же объединять в один системный анализ несколько, совместно анализируемых КЭ моделей.

sim.jpg

Таким образом более гибкий подход - использование для анализа Simplorer.

Зачастую, при анализе переходнях процессов моделей, в которых присутствуют подвижные части, сложно с первого раза правильно задать все настроики для правильного решения. Это касается как настроек Maxwell, так и построение правильной схемы управления в Simplorer. После того, как пользователь заметит, что что-то идет не так, проидет на данной сетке как минимум несколько часов. Таких неудачных попыток может быть довольно много.

Исходя из вышесказанного, автор рекомендует следующий подход, который во много раз сократит ваше время на постановку задачи:

1. Провести стационарный расчет модели, алгоритм построения адаптивной сетки конечных элементов обеспечит хорошую сходимость полевого решения.

2. Создать эквивалентную схему замещения электромагнитного устройства.

3. Создать схему управления для будущего переходного анализа в Simplorer.

4. Подключить схему замещения к схеме управления и получить результаты переходного процесса на эквивалентной схеме. Не учитываются потери на вихревые токи, гистерезис и подобные явления, будут рассмотрены при полной симуляции. В первом приближении, если перечисленные характеристики не столь важны, можно остановиться на этом решении.

5. Произвести полную отладку рабочеи схемы, решение такои задачи в Simplorer занимает около 5 секунд. Неудачные варианты моментально отсеиваются.

6. Убрать из отлаженой схемы схему замещения и передать под управления Simplorer КЭ модель Maxwell. И расчитывать полевую задачу на каждом шаге времени.

Для большего понимания предлагаю рассмотреть элементарную модель электромагнита в плоской осесимметричной постановке.

bezymyannyy.jpgПроведем стационарный расчёт модели, вычислим как меняется индуктивность при изменении зазора, эл. магнитные силы.

bezymyannyy1.jpgСхема замещения электромагнита передается в Simplorer, где исследуюется работа будущей схемы управления при измении входных данных.

bezymyannyy2.jpg

На рисунке приведены графики величин, построенные при анализе срабатывания электромагнита в Simplorer, исходя из схемы замещения.

bezymyannyy3.jpgДля эксперимента автор провел анализ переходного процесса непосредственно в Maxwell 2D с, единтичными предыдущим, параметрами, потратив на это гораздо больше времени.

Как видно из представленных графиков, в некоторых случаях именно такои подход на этапе подготовке к решению "тяжелых" задач является более экономичным.