Difference between revisions of "Feladat"

From Maxwell
Jump to: navigation, search
(→‎Szoftverek használatának bemutatása)
 
(85 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 19: Line 19:
  
 
=== A feladat célja ===
 
=== 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 hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében a [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftver segítségével.  Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.
  
 
=== A feladat megoldásához szükséges ismeretek ===
 
=== A feladat megoldásához szükséges ismeretek ===
 
* A végeselem-módszer lépései;  
 
* A végeselem-módszer lépései;  
−
* A sztatikus mágneses térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés megadásához);
+
* Az elektrosztatikus térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
−
* A geometria elkészítéséhez CAD rendszer ismerete;
+
* A [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftver alapszintű kezelése.
−
* Az [https://www.ansys.com/academic/free-student-products ANSYS AIM Student] vagy [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] letöltése és telepítése.
 
−
<div style="font-size:92%; line-height: 1.3em;">
 
−
<blockquote>
 
−
; '''ANSYS Discovery AIM Student rendszerkövetelmények:'''
 
−
* ''Operációs rendszer:''
 
−
** Microsoft Windows 10 (64-bit)
 
−
* ''Minimális hardvare követelmény:''
 
−
** Intel&reg; Core&trade; i7
 
−
** 4GB RAM
 
−
** 25GB szabad merevlemez-terület
 
−
** OpenGL-re képes
 
−
</blockquote>
 
−
</div>
 
  
−
=== A féléves feladat ===
+
=== A feladat ===
  
−
A feladat két részből áll, egy alapfeladatból, amely hibátlan megoldásával maximum 70%, és egy plusz feladatból, amivel további maximum 30% érető el.
+
A feladat két részből áll, a szimulációból és az összefoglaló elkészítéséből.
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
| '''Leadási határidő:'''
 
| '''Leadási határidő:'''
−
| 2020. május 11., 23:59
+
| 2020. október 02., 23:59
 
|-
 
|-
 
| '''Leadás formája:'''
 
| '''Leadás formája:'''
−
| PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára.
+
| A szimulációs fájlt (FEMM - *.fee; Agros2D - *.a2d) tömörítve (.zip formátumban).<br />Az összefoglalót PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára.
 
|-
 
|-
 
| '''Benyújtás nyelve:'''
 
| '''Benyújtás nyelve:'''
Line 70: Line 57:
 
| 86 – 100% - Jeles (5)
 
| 86 – 100% - Jeles (5)
 
|- style = "color:red"
 
|- style = "color:red"
−
| colspan="2" | A formai követelmények tekintetében itt is az áramlástan és a mechanika résznél megismert elvárások érvényesek.
+
| colspan="2" | A formai követelmények tekintetében az alábbi linken elérhető útmutatót/sablont kell használni.
 
|}
 
|}
  
 
== Feladat I. része ==
 
== Feladat I. része ==
−
==== A mágnesszelep dugattyujára ható erő számítása végeselem-módszerrel ====
+
==== Kapacitás számítása végeselem-módszerrel ====
−
[[File:ProblemGeometry.png|360px|thumb|left|alt=A feladat geometriája és méretei.|A feladat geometriája és méretei.]]
+
A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mv7rsx6ODZOoSdl6ZZzk0bpnLxiJzT-SUmMuwxzpgK4/edit?usp=sharing '''Feladat #1 méretei'''].
−
A feladat hengerszimmetrikus a függőleges (<math>z</math>) tengelyre, így ennek megfelelően kell elkészíteni a háromdimenziós geometriát a megadott méretek szerint (lásd az ábrán).
+
 
 +
A feladat: meghatározni a vezető (ha több van tetszőlegesen választott vezetőre) esetében a kapacitást és a töltést.<br \>
 +
A kapacitást az elektromos energia segítségével tudja meghatározni:
 +
 +
<math>C = \frac{2\cdot W_{\text{e}}}{U^{2}}</math>,
 +
 
 +
majd a töltést
 +
 +
<math>\rho = C\cdot U</math>
 +
 
 +
képlettel, ahol <math>U</math> a vezetők közötti potenciálkülönbség, <math>\rho</math> a töltés, <math>W_{\text{e}}</math> az elektromos energia.
 +
 
 +
''A töltést mindig <math>1\,\text{V}</math> gerjesztésre határozza meg!''
  
 
'''Elvégzendő feladatok'''
 
'''Elvégzendő feladatok'''
  
−
* A megadott paraméterek alapján meghatározni a feladat típusát;
+
* A megadott paraméterek alapján elkészíteni a síkbeli (''planar'') feladat geometriáját a [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftverek valamelyikében;
−
* A feladat geometriájának elkészítése és specifikálása az [https://www.ansys.com/products/3d-design/ansys-aim ANSYS Discovery AIM]('''3D''') vagy [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM]('''2D''') programban;
+
* Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;  
 
* A FEM szimuláció futtatása;
 
* A FEM szimuláció futtatása;
−
* Az eredmények validálása 2mm-es légrés esetében.
+
* Az eredmények kiértékelése, ha a <math>z-</math>irányú hossza a feladatnak minden esetben <math>1\,\text{m}</math>.
−
{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 600px; height: 100px;"
+
 
−
|+ A szimulációval kapott eredmények.
+
A [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mv7rsx6ODZOoSdl6ZZzk0bpnLxiJzT-SUmMuwxzpgK4/edit?usp=sharing táblázatban] található méretek jelentését az alábbi ábrák mutatják. A táblázatban a 2. oszlop jelöli a változat számát.
−
! Szoftver
+
 
−
! Discovery AIM
+
{| width=80%
−
! Maxwell 3D
+
|-
−
! FEMM
+
| align=center |
−
! Maxwell 2D
+
[[File:01 Microstrip.png|500px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:02 Edge CoupledMicrostrip.png|500px]]
 +
|-
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 1. változat.'''</span>
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 2. változat.'''</span>
 +
|-
 +
| align=center |
 +
[[File:03 EmbeddedMicrostrip.png|500px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:04 CoplanarWaveguide.png|500px]]
 +
|-
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 3. változat.'''</span>
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 4. változat.'''</span>
 +
|-
 +
| align=center |
 +
[[File:05 SymmetricStripline.png|500px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:06 AsymmetricStripline.png|500px]]
 +
|-
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 5. változat.'''</span>
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 6. változat.'''</span>
 
|-
 
|-
−
! Erő [N]
+
| align=center |
−
| 3,586 || 3,582 || 3,542 || 3,587
+
[[File:07 EdgeCoupledStripline.png|500px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:08 BroadsideCoupledStripline.png|500px]]
 
|-
 
|-
−
! Induktivitás [mH]
+
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 7. változat.'''</span>
−
| 39,88
+
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 8. változat.'''</span>
−
| 39,84
 
−
| 39,71
 
−
| 39,84
 
 
|}
 
|}
  
−
* A megoldó beállításainak vizsgálata (''Solution performance tuning'', ''Curved surface meshing'') az erő függvényében ('''AIM'''); A lezárás méretének és a háló sűrűségének (csomópontok [''Nodes''] vagy háromszögek [''Elements''] száma) vizsgálata az erő függvényében ('''FEMM''');
+
==== Szoftverek használatának bemutatása ====
−
* A végeselemek száma (''Tetrahedra''; ''Elements''), az energia (''Total Energy''), az energiahiba (''Energy Error'' - '''AIM''') és az energiahiba megváltozása (''Delta Energy'' - '''AIM''') az adaptív lépések függvényében a két szélső esetben;
+
Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és a önálló feladat során használandó szoftvereket. A feladathoz készült videók segítségével elsajátítható a feladat beállítása, a geometria rajzolása, az anyagtulajdonságok, a peremfeltételek és a gerjesztés megadása. Majd a megoldást követően a térváltozók megjelenítése és kapacitás valamint töltés meghatározása.
  
−
* az eredmények feldolgozása (post-processing) [lentiek közül legalább kettő legyen a jelentésben]:
+
A mintdapéldához nincs a levegő berajzolva. Ennek méretei a videókban megtalálhatóak, de akár gyakorlásképpen ellenőrizhető, hogyan befolyásolja a kapacitás értékét (az eredményt) a lezárás mérete.
−
::1) az erő és induktivitás meghatározása;
 
−
::2) az ekvipotenciális vonalak megjelenítése;
 
−
::3) a mágneses fluxussűrűség maximumának és minimumának megjelenítése;
 
−
::4) a mágneses térerősség értékének megjelenítése;
 
−
::5) a mágneses fluxussűrűség vektorok megjelenítése.
 
  
−
* Egy Műszaki Jelentés (Technical Report) elkészítése a megadott instrukciók alapján, a fenti eredmények felhasználásával.
 
−
 
−
Megj.: A “Feladat I. részének” elemei a gyakorlat során részletesen áttekintésre kerülnek, hogyan kell egy elektromágneses feladat szimulációs modelljét elkészíteni és lefuttatni. Ez alapján a hallgatók könnyedén tudják a “Feladat I. részét” teljesíteni, ha látogatják a gyakorlatokat.
 
−
 
−
'''Megj.:''' <span style="color:red">''A feladatban a vasmag ('''Core''') és a tekercs ('''Coil''') érintkezik. Ez kétdimenziós (hengerszimmetrikus) feladatnál nem okoz problémát, de a háromdimenziós példánál emiatt az áram nem csak a tekercsben hanem a vasmagban is folyik. Ennek kiküszöbölésére az ANSYS Discovery AIM szoftverben a '''Physics Definition - Electromagnetic Conditions - Insulating''' peremfeltételt kell alkalmazni a tekercsre (célszerű a tekercs térfogatára alkalmazni).''</span> <br />A valóságban is szigetelő veszi körül a tekercset, amit jellemzően nem modellezünk a feladatban, helyette peremfeltételt alkalmazunk.
 
−
 
−
; '''A feladathoz tartozó paraméterek:'''
 
−
: Levegő és tekercs relatív permeabilitása <math>\mu_r = 1</math>;
 
−
: A tekercs gerjesztése ('''Az eredmények validálásához''')): <math>I = 0.76~\text{A}</math>, <math>N = 789~\text{menet}</math> (''egyenfeszültség'');
 
−
: A vasmag és a szelep mágnesezési görbéje:
 
−
: {| class="wikitable" style="text-align: center;"
 
 
{| width=100%
 
{| width=100%
 
|-
 
|-
 
| align=center |
 
| align=center |
−
[[Image:BHCurve Steel1008 wData.png|650px]]
+
[[Image:09 Mintafeladat.png|650px]]
 
|-
 
|-
−
|align=center | <span style="font-size:88%;>''' ''Ábra 1.'' - Steel 1008 acél mágnesezési görbéje.'''</span>
+
|align=center | <span style="font-size:88%;>''' ''Ábra 1.'' - A mintapélda és geometriai méretei.'''</span>
 
|}
 
|}
 +
 +
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 +
|+ Az eredmények összehasonlítása.
 +
! Szoftver
 +
! Maxwell 2D
 +
! 2D Extractor
 +
! FEMM
 +
! Agros2D
 +
! Analitikus - 1<ref>https://www.ee.ucl.ac.uk/~amoss/java/microstrip.htm</ref>
 +
! Analitikus - 2<ref>https://www.emisoftware.com/calculator/microstrip-capacitance/</ref>
 +
|-
 +
! Ismeretlenek száma (DoF)
 +
| 64246 || 66268 || 124297 || 127727 || - || -
 +
|-
 +
! Végeselemek száma
 +
| 33983 || 34382 || 247260 || 28416 || - || -
 +
|-
 +
! Polinom fokszáma
 +
| Másodfokú || Másodfokú || Elsőfokú || Harmadfokú || - || -
 +
|-
 +
! Kapacitás [pF]
 +
| 96,729 || 96,763 || 97,136 || 96,74 || 127,9 || 93,040
 +
|}
 +
 +
'''Videók a szoftverek használatához'''
 +
* [https://youtu.be/E-uPFUIDlZo FEMM]
 +
* [https://youtu.be/dScBIRecoMg Agros2D]
 +
* [https://youtu.be/cEb1AkNEGJ8 Ansys Maxwell 2D]
 +
* [Ansys 2D Extractor]
  
 
== Feladat II. része ==
 
== Feladat II. része ==
  
−
A szelep mozgó részére ható erő és a tekercs induktivitásának meghatározása az elmozdulás függvényében.
+
A műszaki jelentés elkészítése és leadása a [https://szelearning.sze.hu/sze-login/index.html '''Moodle rendszerben'''] PDF formátumban.<br \>
 +
A műszaki jelentés a következő linken elérhető: '''Műszaki jelentés'''.
  
−
Megjegyzés: Ez a feladat a belsőégésű motorokban található mágnesszelepnek felel meg, ami a befecskendezést vezérli.
+
==Hivatkozások==
−
; Konkrét feladatok:
+
{{Reflist}}
−
* A dugattyú mozgásának figyelembevétele a kezdeti állapothoz (2 mm-es légrés) képest <math>-1,8\text{mm-től}\, 10\text{mm-ig}</math> ('''legalább''' 7 pozícióban). Részletes instrukciók a megoldással kapcsolatban nem lesznek.
 
−
* Ez a részfeladat azt szándékozik lemérni, hogy mennyire önálló, kezdeményező és szorgalmas a hallgató, azaz:
 
−
*# képes-e a hallgató önálló munka elvégzésére;
 
−
*# a szimulációt egyedül megtervezni, összeállítani és lefuttatni.
 

Latest revision as of 17:20, 11 September 2020

Feladat #1 - Elektrosztatika

Oktató

  • Marcsa Dániel (óraadó)
  • Előadás: -
  • Fogadóóra: egyeztetés alapján

További oktatók:

  • -
  • Fogadóóra: -.

A feladat célja

A hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében a FEMM vagy Agros2D szoftver segítségével. Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.

A feladat megoldásához szükséges ismeretek

  • A végeselem-módszer lépései;
  • Az elektrosztatikus térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
  • A FEMM vagy Agros2D szoftver alapszintű kezelése.

A feladat

A feladat két részből áll, a szimulációból és az összefoglaló elkészítéséből.

Leadási határidő: 2020. október 02., 23:59
Leadás formája: A szimulációs fájlt (FEMM - *.fee; Agros2D - *.a2d) tömörítve (.zip formátumban).
Az összefoglalót 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 az alábbi linken elérhető útmutatót/sablont kell használni.

Feladat I. része

Kapacitás számítása végeselem-módszerrel

A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: Feladat #1 méretei.

A feladat: meghatározni a vezető (ha több van tetszőlegesen választott vezetőre) esetében a kapacitást és a töltést.
A kapacitást az elektromos energia segítségével tudja meghatározni:

[math]C = \frac{2\cdot W_{\text{e}}}{U^{2}}[/math],

majd a töltést

[math]\rho = C\cdot U[/math]

képlettel, ahol [math]U[/math] a vezetők közötti potenciálkülönbség, [math]\rho[/math] a töltés, [math]W_{\text{e}}[/math] az elektromos energia.

A töltést mindig [math]1\,\text{V}[/math] gerjesztésre határozza meg!

Elvégzendő feladatok

  • A megadott paraméterek alapján elkészíteni a síkbeli (planar) feladat geometriáját a FEMM vagy Agros2D szoftverek valamelyikében;
  • Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;
  • A FEM szimuláció futtatása;
  • Az eredmények kiértékelése, ha a [math]z-[/math]irányú hossza a feladatnak minden esetben [math]1\,\text{m}[/math].

A táblázatban található méretek jelentését az alábbi ábrák mutatják. A táblázatban a 2. oszlop jelöli a változat számát.

01 Microstrip.png

02 Edge CoupledMicrostrip.png

Feladat #1 - 1. változat. Feladat #1 - 2. változat.

03 EmbeddedMicrostrip.png

04 CoplanarWaveguide.png

Feladat #1 - 3. változat. Feladat #1 - 4. változat.

05 SymmetricStripline.png

06 AsymmetricStripline.png

Feladat #1 - 5. változat. Feladat #1 - 6. változat.

07 EdgeCoupledStripline.png

08 BroadsideCoupledStripline.png

Feladat #1 - 7. változat. Feladat #1 - 8. változat.

Szoftverek használatának bemutatása

Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és a önálló feladat során használandó szoftvereket. A feladathoz készült videók segítségével elsajátítható a feladat beállítása, a geometria rajzolása, az anyagtulajdonságok, a peremfeltételek és a gerjesztés megadása. Majd a megoldást követően a térváltozók megjelenítése és kapacitás valamint töltés meghatározása.

A mintdapéldához nincs a levegő berajzolva. Ennek méretei a videókban megtalálhatóak, de akár gyakorlásképpen ellenőrizhető, hogyan befolyásolja a kapacitás értékét (az eredményt) a lezárás mérete.

09 Mintafeladat.png

Ábra 1. - A mintapélda és geometriai méretei.
Az eredmények összehasonlítása.
Szoftver Maxwell 2D 2D Extractor FEMM Agros2D Analitikus - 1[1] Analitikus - 2[2]
Ismeretlenek száma (DoF) 64246 66268 124297 127727 - -
Végeselemek száma 33983 34382 247260 28416 - -
Polinom fokszáma Másodfokú Másodfokú Elsőfokú Harmadfokú - -
Kapacitás [pF] 96,729 96,763 97,136 96,74 127,9 93,040

Videók a szoftverek használatához

Feladat II. része

A műszaki jelentés elkészítése és leadása a Moodle rendszerben PDF formátumban.
A műszaki jelentés a következő linken elérhető: Műszaki jelentés.

Hivatkozások

  1. ↑ https://www.ee.ucl.ac.uk/~amoss/java/microstrip.htm
  2. ↑ https://www.emisoftware.com/calculator/microstrip-capacitance/
Retrieved from "http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php?title=Feladat&oldid=2059"