Difference between revisions of "Féléves feladat"

From Maxwell
Jump to: navigation, search
(→‎A mágnesszelep dugattyujára ható erő számítása végeselem-módszerrel)
(→‎Feladat I. része)
 
(138 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 2: Line 2:
 
|-
 
|-
 
| colspan=2 align=center |
 
| colspan=2 align=center |
−
<font color='blue' size='+2'>Féléves feladat - Mágnesszelep vizsgálata</font>__NOTOC__
+
<font color='blue' size='+2'>Söntellenállás vizsgálata</font>
−
|- valign=top
+
{| align="left"
−
| width=50% |
+
| __TOC__
 +
|}
 +
|-
 +
| style="text-align: left; width: 36%;" |  
 
'''Oktató'''
 
'''Oktató'''
−
* Marcsa Dániel (óraadó)
+
* [http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php/Marcsa Marcsa Dániel] (óraadó)
−
* Előadás: Kedd, 13:05 - 14:45 (D201), 14:50 - 15:35 (D105)
+
* Előadás: -
 
* Fogadóóra: egyeztetés alapján
 
* Fogadóóra: egyeztetés alapján
−
| width=50% |
+
| style="text-align: left; width: 36%;" |  
 
'''További oktatók:'''
 
'''További oktatók:'''
 
* -
 
* -
Line 15: Line 18:
 
|}
 
|}
  
 +
<blockquote>
 
=== 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 és a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában.
Line 20: Line 24:
 
=== 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 elektromágneses térszámításhoz kapcsolódó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés megadásához);
 
* A geometria elkészítéséhez CAD rendszer ismerete;
 
* A geometria elkészítéséhez CAD rendszer ismerete;
−
* Az [https://www.ansys.com/academic/free-student-products ANSYS AIM Student] letöltése és telepítése.
+
* Az [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student] letöltése és telepítése.
  
 
=== A féléves feladat ===
 
=== A féléves 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, egy alapfeladatból, amely hibátlan megoldásával maximum 80%, és egy plusz feladatból, amivel további maximum 20% érhető el.
−
 
 
−
== Feladat I. része ==
 
−
==== A mágnesszelep dugattyujára ható erő számítása végeselem-módszerrel ====
 
−
 
 
−
A feladat hengerszimmetrikus a vízszintes tengelyre, így ennek megfelelően kell elkészíteni a háromdimenziós geometriát a megadott méretek szerint (lásd az 1. Képet alább).
 
−
* A megadott paraméterek alapján meghatározni a feladat típusát.
 
−
* A feladat elkészítése és futtatása a FEMM (Finite Element Method Magnetics) programban:
 
−
*# a számítási tartomány (computational domain) megtervezése;
 
−
*# a peremfeltételek (boundary conditions) megállapítása;
 
−
*# a háló generálása;
 
−
*# a numerikus módszer idevágó részleteinek leírása (i.e. a FEM (Finite Element Method) program numerikus részletei és a specifikus – azaz ehhez a problémához alkalmazott - beállítási paraméterek felsorolása, megállapítása);
 
−
*# a FEM szimulációk futtatása;
 
−
*# az eredmények validálása 2mm-es légrés esetében a dugattyúra ható erő értéke: F(z=2mm) = 3,5615 Nm;
 
−
*# hálósűrűségre való érzékenység tesztelése az erő függvényében;
 
−
*# a lezárás méretének vizsgálata az erő függvényében;
 
−
*# az erő meghatározása az elmozdulás függvényében, ha a légrés 2,5mm-től 0,4mm-ig változik, legalább 0,3mm-es lépésközzel;
 
−
*# az eredmények feldolgozása (post-processing):
 
−
*#* az ekvipotenciális vonalak megjelenítése;
 
−
*#* a mágneses fluxussűrűség normalizált értékének megjelenítése;
 
−
*#* a mágneses térerősség normalizált értékének megjelenítése;
 
−
*#* a mágneses fluxussűrűség vektorok megjelenítése;
 
−
*#* az erő megjelenítése az elmozdulás függvényében.
 
−
* Egy Műszaki Jelentés (Technical Report) elkészítése a 3. Szakaszban
 
−
megadott instrukciók alapján.
 
−
 
 
−
Megj.: Az “1. Feladat” elemei a gyakorlat során részletesen áttekintésre kerülnek.
 
−
Hogyan kell egy elektromágneses feladat szimulációs modelljét elkészíteni és
 
−
számítógépen lefuttatni. Ez alapján a hallgatók könnyedén tudják az “1. Feladatot”
 
−
teljesíteni, ha látogatják a gyakorlatokat.
 
  
−
== Feladat II. része ==
 
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
| '''Leadási határidő:'''
 
| '''Leadási határidő:'''
−
| 2018. november 25., 12:00
+
| Lásd a feladatkiírásnál!
 
|-
 
|-
 
| '''Leadás formája:'''
 
| '''Leadás formája:'''
Line 70: Line 44:
 
|-
 
|-
 
| '''Benyújtás helye:'''
 
| '''Benyújtás helye:'''
−
| marcsa@maxwell.sze.hu e-mail címre
+
| <span style="color:red">A [https://szelearning.sze.hu/sze-login/index.html '''Moodle rendszerben'''] kiírt feladatnál.</span>
 
|-
 
|-
 
| '''Késői benyújtás:'''
 
| '''Késői benyújtás:'''
Line 85: Line 59:
 
|-
 
|-
 
| 86 – 100% - Jeles (5)
 
| 86 – 100% - Jeles (5)
 +
|- style = "color:red"
 +
| colspan="2" | A formai követelmények tekintetében itt is az áramlástan és a mechanika résznél megismert elvárások érvényesek.
 +
|}
 +
</blockquote>
 +
 +
== Feladat I. része ==
 +
<blockquote>
 +
==== A söntellenállás rezisztencia és veszteség számítása végeselem-módszerrel ====
 +
[[File: CAE_SA_ShuntResistor_2022Spring.png | 800px | thumb | left | alt = ''Ábra 1.'' - A feladat geometriája és méretei. | ''Ábra 1.'' - A feladat geometriája és méretei.]]
 +
 +
A feladathoz tartozó geometriai méreteket a következő táblázatban találja: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1cieVgmu9ALZBLYRZyxL-eHe27nOpavBuOGftaLXCC9I/edit?usp=sharing '''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.<br \>
 +
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.
 +
 +
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 +
|+ 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 [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student 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.
 +
 +
{| width = 100%
 +
|-
 +
| align = center |
 +
[[Image: CAE SA EMSolutions 2022Spring.png | 650px]]
 +
|-
 +
| align = center | <span style="font-size:88%;>''' ''Ábra 2.'' - Lehetséges megoldások (''Bal - Maxwell 3D, Jobb - Q3D Extractor).'''</span>
 +
|}
 +
 +
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 +
|+ 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
 +
|}
 +
 +
{| width=100%
 +
|-
 +
| align=center |
 +
[[File:CAE SA ShuntResistor Maxwell Loss.png|750px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:CAE SA ShuntResistor Q3D Loss.png|750px]]
 +
|-
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''''[https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-maxwell Ansys Maxwell 3D]'' - Az áram okozta veszteség a söntellenállás felületén.'''</span>
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''''[https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-q3d-extractor Ansys Q3D Extractor]'' - Az áram okozta veszteség a söntellenállás felületén.'''</span>
 +
|}
 +
 +
'''Videók a szoftverek használatához'''
 +
* [https://youtu.be/NDMblRonb6Y Geometria elkészítése]
 +
* [https://youtu.be/aqCZzmtQQH0 Ansys Maxwell3D]
 +
* [https://youtu.be/aO4Vl43pXpE Ansys Q3D Extractor]
 +
 +
</blockquote>
 +
 +
== Feladat II. része ==
 +
<blockquote>
 +
Az Ansys EM diákverziójában az Icepak ad lehetőséget a termikus jelenségek vizsgálatára. '''[https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-icepak 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.
 +
 +
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 +
|+ 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.
 +
 +
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 +
|+ 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
 +
|}
 +
 +
{| width=100%
 +
|-
 +
| align=center |
 +
[[File:CAE SA ShuntResistor Maxwell Temp.png|750px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:CAE SA ShuntResistor Q3D Temp.png|750px]]
 +
|-
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">''' ''[https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-maxwell Ansys Maxwell 3D] + [https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-icepak Ansys Icepak]'' - Hőmérsékleteloszlás a söntellenállás felületén.'''</span>
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">''' ''[https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-q3d-extractor Ansys Q3D Extractor] + [https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-icepak Ansys Icepak]'' - Hőmérsékleteloszlás a söntellenállás felületén.'''</span>
 +
|}
 +
 +
A mintafeladat archivált változatát a következő linken találja: [https://drive.google.com/file/d/1-lZzCZwFssZxERUNK1P4iHuyRgSSROd3/view?usp=sharing Shunt Resistor] (''Ansys EM Student 2021 R2'').
 +
 +
'''Videó a szoftverek használatához'''
 +
* [https://youtu.be/IKNHklZRneE Ansys Icepak]
 +
 +
</blockquote>
 +
 +
==References==
 +
{{reflist}}

Latest revision as of 22:01, 3 March 2022

Söntellenállás vizsgálata

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 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

Ábra 1. - A feladat geometriája és méretei.

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.

CAE SA EMSolutions 2022Spring.png

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

CAE SA ShuntResistor Maxwell Loss.png

CAE SA ShuntResistor Q3D Loss.png

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

CAE SA ShuntResistor Maxwell Temp.png

CAE SA ShuntResistor Q3D Temp.png

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

References

Retrieved from "http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php?title=Féléves_feladat&oldid=2811"