Féléves feladat
|
Söntellenállás vizsgálata | ||
|
Oktató
|
További oktatók:
| |
A feladat célja
A hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében és a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában.
A feladat megoldásához szükséges ismeretek
- A végeselem-módszer lépései;
- Az elektromágneses térszámításhoz kapcsolódó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés megadásához);
- A geometria elkészítéséhez CAD rendszer ismerete;
- Az Ansys Electronics Desktop Student letöltése és telepítése.
A féléves feladat
A feladat két részből áll, egy alapfeladatból, amely hibátlan megoldásával maximum 80%, és egy plusz feladatból, amivel további maximum 20% érhető el.
Leadási határidő: Lásd a feladatkiírásnál! Leadás formája: PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára. Benyújtás nyelve: Magyar Benyújtás helye: A Moodle rendszerben kiírt feladatnál. Késői benyújtás: Minden megkezdett nap után 5% levonás az elért eredményből (azaz pl. 5 nap késés után 100%-os leadandóra már csak max. 100% - 5x5% = 75%-ot lehet szerezni). Értékelés: 0 – 50% - Elégtelen (1) 51 – 60% - Elégséges (2) 61 – 70% - Közepes (3) 71 – 85% - Jó (4) 86 – 100% - Jeles (5) A formai követelmények tekintetében itt is az áramlástan és a mechanika résznél megismert elvárások érvényesek.
Feladat I. része
A söntellenállás rezisztencia és veszteség számítása végeselem-módszerrel
A feladathoz tartozó geometriai méreteket a következő táblázatban találja: Féléves feladat.
Ez a feladat egy áramvezetése probléma. A megoldandó egyenlet
[math]\nabla\cdot\sigma\nabla \varphi=0[/math]
a következő peremfeltételekkel
[math]\vec{J}\cdot\vec{n}=-J_{\text{n}}[/math] on [math]\Gamma_{\text{J}}[/math] (Ez a bemenet.)
és
[math]\varphi=U_0 = \text{0 V}[/math] on [math]\Gamma_{\text{E}}[/math] (Ez a kimenet.),
ahol [math]J_{\text{n}}[/math] az előre megadott áramerősségből számított áramsűrűség.
A feladat: határozza meg a feladatra a feszültségesést, a rezisztenciát és az áram okozta veszteséget.
A feszültségesés a ki- és bemenetek közötti potenciálkülönbség. A rezisztencia az Ohm törvényből számítható:[math]R = \frac{U}{I}[/math],
akkor a veszteség
[math]P = I^2\cdot R[/math]
ahol [math]U[/math] a feszültségesés, [math]I[/math] az áram és [math]R[/math] a rezisztencia.
Anyagok fajlagos vezetőképessége. Anyag Titánium Réz Alumínium Réz mangán ötvözet [math]\sigma~[\text{MS/m}][/math] 1.82 58 38 20.833 Feladatok
- Készítse el a geometriát a megadott méretekkel a Ansys Electronics Desktop Student szoftverben;
- Állítsa be az anyagtulajdonságokat és peremfeltételeket;
- Szimuláció futtatása;
- Eredmények kiértékelése.
A feladatban megadott mennyiségek a Maxwell 3D - DC Conduction megoldóval és a Q3D Extractor - DC megoldóval számíthatóak.
Ábra 2. - Lehetséges megoldások (Bal - Maxwell 3D, Jobb - Q3D Extractor).
A tesztfeladat eredményei. Mennyiségek Feszültségesés [mV] Rezisztencia [[math]\text{n}\Omega[/math]] Veszteség [W] Maxwell 3D 10.9927 18.3211 6.5956 Q3D Extractor 10.9759 18.2931 6.5855
Ansys Maxwell 3D - Az áram okozta veszteség a söntellenállás felületén. Ansys Q3D Extractor - Az áram okozta veszteség a söntellenállás felületén. Videók a szoftverek használatához
Feladat II. része
Az Ansys EM diákverziójában az Icepak ad lehetőséget a termikus jelenségek vizsgálatára. Ansys Icepak egy általános áramlástani megoldó elektronikák (PCB / teljesítménymodul) melegedésének és hűtésének vizsgálatához fejlesztett specifikus képességekkel.
A feladatnál a hűtés természetes konvekció. A gerjesztés az elektromágneses szimulációból származó veszteség.
Anyagok termikus tulajdonságai. Anyag Titánium Réz Alumínium Réz mangán ötvözet [math]\rho~[\text{kg}/\text{m}^3][/math] 4500 8933 2689 8400 [math]c_{\text{P}}~[\text{J}/(\text{kg}\cdot\text{°C})][/math] 522 385 951 410 [math]\lambda~[\text{W}/(\text{m}\cdot\text{°C})][/math] 21 400 237.5 22 A termikus szimulációval kapott eredményeket mutatja a következő táblázat.
A tesztfeladat eredményei. Mennyiségek Max. hőmérséklet [°C] Min. hőmérséklet [°C] Max. sebesség [m/s] Maxwell 3D + Icepak 75.9284 71.3658 0.2881 Q3D Extractor + Icepak 75.8669 71.3002 0.2880
Ansys Maxwell 3D + Ansys Icepak - Hőmérsékleteloszlás a söntellenállás felületén. Ansys Q3D Extractor + Ansys Icepak - Hőmérsékleteloszlás a söntellenállás felületén. A mintafeladat archivált változatát a következő linken találja: Shunt Resistor (Ansys EM Student 2021 R2).
Videó a szoftverek használatához
