Difference between revisions of "Féléves feladat"
(→A mágnesszelep dugattyujára ható erő számítása végeselem-módszerrel) |
(→Feladat I. része) |
||
(30 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'> | + | <font color='blue' size='+2'>Söntellenállás vizsgálata</font> |
{| align="left" | {| align="left" | ||
| __TOC__ | | __TOC__ | ||
|} | |} | ||
− | |- | + | |- |
− | | width | + | | style="text-align: left; width: 36%;" | |
'''Oktató''' | '''Oktató''' | ||
* [http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php/Marcsa Marcsa Dániel] (óraadó) | * [http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php/Marcsa Marcsa Dániel] (óraadó) | ||
* Előadás: - | * Előadás: - | ||
* Fogadóóra: egyeztetés alapján | * Fogadóóra: egyeztetés alapján | ||
− | | width | + | | style="text-align: left; width: 36%;" | |
'''További oktatók:''' | '''További oktatók:''' | ||
* - | * - | ||
Line 18: | 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 23: | Line 24: | ||
=== A feladat megoldásához szükséges ismeretek === | === A feladat megoldásához szükséges ismeretek === | ||
* A végeselem-módszer lépései; | * A végeselem-módszer lépései; | ||
− | * | + | * 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/ | + | * 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 | + | A feladat két részből áll, egy alapfeladatból, amely hibátlan megoldásával maximum 80%, és egy plusz feladatból, amivel további maximum 20% érhető el. |
+ | |||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
| '''Leadási határidő:''' | | '''Leadási határidő:''' | ||
− | | | + | | Lásd a feladatkiírásnál! |
|- | |- | ||
| '''Leadás formája:''' | | '''Leadás formája:''' | ||
Line 54: | Line 44: | ||
|- | |- | ||
| '''Benyújtás helye:''' | | '''Benyújtás helye:''' | ||
− | | | + | | <span style="color:red">A [https://szelearning.sze.hu/sze-login/index.html '''Moodle rendszerben'''] kiírt feladatnál.</span> |
− | |||
− | <span style="color:red"> | ||
|- | |- | ||
| '''Késői benyújtás:''' | | '''Késői benyújtás:''' | ||
Line 74: | Line 62: | ||
| colspan="2" | A formai követelmények tekintetében itt is az áramlástan és a mechanika résznél megismert elvárások érvényesek. | | colspan="2" | A formai követelmények tekintetében itt is az áramlástan és a mechanika résznél megismert elvárások érvényesek. | ||
|} | |} | ||
+ | </blockquote> | ||
== Feladat I. része == | == Feladat I. része == | ||
− | ==== A | + | <blockquote> |
− | [[File: | + | ==== A söntellenállás rezisztencia és veszteség számítása végeselem-módszerrel ==== |
− | A feladat | + | [[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] | |
− | {| class="wikitable" style="text-align: center; width: | + | ! Rezisztencia [<math>\text{n}\Omega</math>] |
− | |+ A | + | ! Veszteség [W] |
− | ! | + | |- |
− | ! | ||
! Maxwell 3D | ! 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% | {| width=100% | ||
|- | |- | ||
| align=center | | | 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%;>''' '' | + | |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
|
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