Difference between revisions of "Féléves feladat"

From Maxwell
Jump to: navigation, search
(→‎Feladat I. része)
 
(23 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'>Analysis of Shunt Resistor</font>
+
<font color='blue' size='+2'>Söntellenállás vizsgálata</font>
 
{| align="left"
 
{| align="left"
 
  | __TOC__
 
  | __TOC__
 
  |}
 
  |}
−
|- valign=top
+
|-
−
| width=50% |
+
| style="text-align: left; width: 36%;" |  
−
'''Instructor'''
+
'''Oktató'''
−
* [http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php/Marcsa Dániel Marcsa] (lecturer)
+
* [http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php/Marcsa Marcsa Dániel] (óraadó)
−
* Lectures: -
+
* Előadás: -
−
* Office hours: by request
+
* Fogadóóra: egyeztetés alapján
−
| width=50% |
+
| style="text-align: left; width: 36%;" |  
−
'''Teaching Assistants:'''
+
'''További oktatók:'''
 
* -
 
* -
−
* Office hours: -.
+
* Fogadóóra: -.
 
|}
 
|}
 +
 
<blockquote>
 
<blockquote>
−
=== Aim of Assignment ===
+
=== A feladat célja ===
−
Students will learn the basics of electromagnetic field calculations, their main steps, and gain practice in evaluating results and writing a Technical Report that meets international expectations.
+
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.
  
−
=== Knowledge needed to solve the problem ===
+
=== A feladat megoldásához szükséges ismeretek ===
−
* The main steps of the finite element method;
+
* A végeselem-módszer lépései;  
−
* Theoretical knowledge of the static magnetic field (for defining materials, for excitation);
+
* Az elektromágneses térszámításhoz kapcsolódó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés megadásához);
−
* Knowledge of CAD system to create geometry;
+
* A geometria elkészítéséhez CAD rendszer ismerete;
−
* Download and install [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student].
+
* Az [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student] letöltése és telepítése.
  
−
=== The Semester Assignment ===
+
=== A féléves feladat ===
  
−
The task consists of two parts, a basic task, with a faultless solution of up to 70%, and an extra task, with an additional maximum of 30%.
+
A feladat két részből áll, egy alapfeladatból, amely hibátlan megoldásával maximum 80%, és egy plusz feladatból, amivel további maximum 20% érhető el.
  
−
{| class = "wikitable"
+
 
−
| '''Deadline'''
+
{| class="wikitable"
−
| -
+
| '''Leadási határidő:'''
 +
| Lásd a feladatkiírásnál!
 
|-
 
|-
−
| '''Output Form:'''
+
| '''Leadás formája:'''
−
| PDF format. Color drawings should be made so that their contents are clear to the reader in black and white.
+
| PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára.
 
|-
 
|-
−
| '''Language'''
+
| '''Benyújtás nyelve:'''
−
| English
+
| Magyar
 
|-
 
|-
−
| '''Place of submission:'''
+
| '''Benyújtás helye:'''
−
| <span style="color:red">In [https://szelearning.sze.hu/sze-login/index.html '''Moodle system'''].</span>
+
| <span style="color:red">A [https://szelearning.sze.hu/sze-login/index.html '''Moodle rendszerben'''] kiírt feladatnál.</span>
 
|-
 
|-
−
| '''Late submission:'''
+
| '''Késői benyújtás:'''
−
| After every day started, a 5% deduction from the achieved result (i.e. after 5 days delay 100% can only be obtained up to 100% - 5x5% = 75%).
+
| 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).
 
|-
 
|-
−
| rowspan = "5" | '''Evaluation:'''
+
| rowspan="5" | '''Értékelés:'''
−
| 0 - 48% - Insufficient ['''F'''] (1)
+
| 0 – 50% - Elégtelen (1)
 
|-
 
|-
−
| 50 - 59% - Sufficient ['''D'''] (2)
+
| 51 – 60% - Elégséges (2)
 
|-
 
|-
−
| 60 - 70% Satisfactory ['''C'''] (3)
+
| 61 – 70% - Közepes (3)
 
|-
 
|-
−
| 71 - 84% Good ['''B'''] (4)
+
| 71 – 85% - Jó (4)
 
|-
 
|-
−
| 85 - 100% - Very good ['''A'''] (5)
+
| 86 – 100% - Jeles (5)
−
|- style = "color: red"
+
|- style = "color:red"
−
| colspan = "2" | For the formal requirements, the requirements of CFD and mechanics are also valid here.
+
| colspan="2" | A formai követelmények tekintetében itt is az áramlástan és a mechanika résznél megismert elvárások érvényesek.
 
|}
 
|}
 
</blockquote>
 
</blockquote>
  
−
== Part I of the Assignment - 80% ==
+
== Feladat I. része ==
 
<blockquote>
 
<blockquote>
−
==== Calculating the resistance and the total loss of the shunt resistor by finite element method ====
+
==== A söntellenállás rezisztencia és veszteség számítása végeselem-módszerrel ====
−
[[File: CAE_SA_ShuntResistor_2022Spring.png | 800px | thumb | left | alt = ''Figure 1.'' - The geometry and dimensions of the task. | The geometry and dimensions of the task.]]
+
[[File: CAE_SA_ShuntResistor_2022Spring.png | 800px | thumb | left | alt = ''Ábra 1.'' - A feladat geometriája és méretei. | ''Ábra 1.'' - A feladat geometriája és méretei.]]
  
−
The geometry dimensions for your task you can find in the following table: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1cieVgmu9ALZBLYRZyxL-eHe27nOpavBuOGftaLXCC9I/edit?usp=sharing '''Semester Assigment'''].
+
A feladathoz tartozó geometriai méreteket a következő táblázatban találja: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1cieVgmu9ALZBLYRZyxL-eHe27nOpavBuOGftaLXCC9I/edit?usp=sharing '''Féléves feladat'''].
  
−
This task is a DC current conduction problem. The solved equation is
+
Ez a feladat egy áramvezetése probléma. A megoldandó egyenlet
  
 
<math>\nabla\cdot\sigma\nabla \varphi=0</math>
 
<math>\nabla\cdot\sigma\nabla \varphi=0</math>
  
−
with following boundary conditions
+
a következő peremfeltételekkel
  
−
<math>\vec{J}\cdot\vec{n}=-J_{\text{n}}</math> on <math>\Gamma_{\text{J}}</math> (''This is the input'')
+
<math>\vec{J}\cdot\vec{n}=-J_{\text{n}}</math> on <math>\Gamma_{\text{J}}</math> (''Ez a bemenet.'')
  
−
and
+
és
  
−
<math>\varphi=U_0 = \text{0 V}</math> on <math>\Gamma_{\text{E}}</math> (''This is the output''),
+
<math>\varphi=U_0 = \text{0 V}</math> on <math>\Gamma_{\text{E}}</math> (''Ez a kimenet.''),
  
−
where <math>J_{\text{n}}</math> is the current density calculated from the specified current excitation.
+
ahol <math>J_{\text{n}}</math> az előre megadott áramerősségből számított áramsűrűség.
  
−
The task: determine the voltage drop, the resistance and the ohmic loss of the problem.<br \>
+
A feladat: határozza meg a feladatra a feszültségesést, a rezisztenciát és az áram okozta veszteséget.<br \>
−
The voltage drop is the potential difference between the two terminals of the arrangement. You can determine resistance using Ohm's law:
+
A feszültségesés a ki- és bemenetek közötti potenciálkülönbség. A rezisztencia az Ohm törvényből számítható:
 
   
 
   
 
<math>R = \frac{U}{I}</math>,
 
<math>R = \frac{U}{I}</math>,
  
−
then the ohmic loss
+
akkor a veszteség
 
   
 
   
 
<math>P = I^2\cdot R</math>
 
<math>P = I^2\cdot R</math>
  
−
where <math>U</math> is the voltage drop, <math>I</math> is the current and <math>R</math> is the resistance.
+
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;"
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
−
|+ Bulk conductivity of materials.
+
|+ Anyagok fajlagos vezetőképessége.
−
! Material
+
! Anyag
−
! Titanium
+
! Titánium
−
! Copper
+
! Réz
−
! Aluminum
+
! Alumínium
−
! Copper-manganin alloy
+
! Réz mangán ötvözet
 
|-
 
|-
 
! <math>\sigma~[\text{MS/m}]</math>
 
! <math>\sigma~[\text{MS/m}]</math>
Line 106: Line 108:
 
|}
 
|}
  
−
'''Tasks'''
+
'''Feladatok'''
−
* Draw the geometry based on the specified dimensions.
+
* Készítse el a geometriát a megadott méretekkel a [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student] szoftverben;
−
* Define the problem based on the given material parameters and boundary conditions;
+
* Állítsa be az anyagtulajdonságokat és peremfeltételeket;
−
* Creating and specifying the task geometry in [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student];
+
* Szimuláció futtatása;
−
* Run the FEM simulation;
+
* Eredmények kiértékelése.
  
−
The parameters listed in the task can be calculated with the '''Maxwell 3D - DC Conduction''' solver and the '''Q3D Extractor - DC''' solver.
+
A feladatban megadott mennyiségek a '''Maxwell 3D - DC Conduction''' megoldóval és a '''Q3D Extractor - DC''' megoldóval számíthatóak.
  
 
{| width = 100%
 
{| width = 100%
Line 119: Line 121:
 
[[Image: CAE SA EMSolutions 2022Spring.png | 650px]]
 
[[Image: CAE SA EMSolutions 2022Spring.png | 650px]]
 
|-
 
|-
−
| align = center | <span style="font-size:88%;>''' ''Figure 2.'' - Possible solution (''Left - Maxwell 3D, Right - Q3D Extractor).'''</span>
+
| 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;"
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
−
|+ Results of the test example.
+
|+ A tesztfeladat eredményei.
−
! Quantities
+
! Mennyiségek
−
! Voltage drop [mV]
+
! Feszültségesés [mV]
−
! Resistance [<math>\text{n}\Omega</math>]
+
! Rezisztencia [<math>\text{n}\Omega</math>]
−
! Ohmic loss [W]
+
! Veszteség [W]
 
|-
 
|-
 
! Maxwell 3D
 
! Maxwell 3D
Line 143: Line 145:
 
[[File:CAE SA ShuntResistor Q3D Loss.png|750px]]
 
[[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]'' - Ohmic loss on the surface of shunt resistor.'''</span>
+
|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]'' - Ohmic loss on the surface of shunt resistor.'''</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>
 
</blockquote>
  
−
== Part II of the Assignment - 20% ==
+
== Feladat II. része ==
 
<blockquote>
 
<blockquote>
−
In the student version of Ansys EM, Icepak provides an opportunity to study the thermal phenomena of the task. '''[https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-icepak Ansys Icepak]''' is a general CFD solver with specific capabilities for testing the heating and cooling of electronic circuits (PCB / power module).
+
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.
  
−
The task has a natural convection cooling. The excitation is the ohmic loss from the electromagnetic simulation.
+
A feladatnál a hűtés természetes konvekció. A gerjesztés az elektromágneses szimulációból származó veszteség.
  
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
−
|+ Thermal properties of materials.
+
|+ Anyagok termikus tulajdonságai.
−
! Material
+
! Anyag
−
! Titanium
+
! Titánium
−
! Copper
+
! Réz
−
! Aluminum
+
! Alumínium
−
! Copper-manganin alloy
+
! Réz mangán ötvözet
 
|-
 
|-
 
! <math>\rho~[\text{kg}/\text{m}^3]</math>
 
! <math>\rho~[\text{kg}/\text{m}^3]</math>
Line 173: Line 180:
 
|}
 
|}
  
−
The table below shows the result of the thermal simulation.
+
A termikus szimulációval kapott eredményeket mutatja a következő táblázat.
  
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
−
|+ Results of the test example.
+
|+ A tesztfeladat eredményei.
−
! Quantities
+
! Mennyiségek
−
! Max. temperature [°C]
+
! Max. hőmérséklet [°C]
−
! Min. temperature [°C]
+
! Min. hőmérséklet [°C]
−
! Max. velocity [m/s]
+
! Max. sebesség [m/s]
 
|-
 
|-
 
! Maxwell 3D + Icepak
 
! Maxwell 3D + Icepak
Line 196: Line 203:
 
[[File:CAE SA ShuntResistor Q3D Temp.png|750px]]
 
[[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]'' - Temperature distribution on the surface of shunt resistor.'''</span>
+
|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]'' - Temperature distribution on the surface of shunt resistor.'''</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>
 
|}
 
|}
  
−
Here you can find the archive file of test example: [https://drive.google.com/file/d/1-lZzCZwFssZxERUNK1P4iHuyRgSSROd3/view?usp=sharing Shunt Resistor] (''Ansys EM Student 2021 R2'').
+
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>
 
</blockquote>

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"