Difference between revisions of "Feladat"

From Maxwell
Jump to: navigation, search
(→‎Szoftverek használatának bemutatása)
Line 2: Line 2:
 
|-
 
|-
 
| colspan=2 align=center |
 
| colspan=2 align=center |
−
<font color='blue' size='+2'>Feladat #2 - Sztatikus mágneses</font>
+
<font color='blue' size='+2'>Feladat #1 - Elektrosztatika</font>
 
{| align="left"
 
{| align="left"
 
  | __TOC__
 
  | __TOC__
Line 23: Line 23:
 
=== 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 és peremfeltétel megadásához);
+
* Az elektrosztatikus térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
 
* A [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftver alapszintű kezelése.
 
* A [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftver alapszintű kezelése.
  
Line 61: Line 61:
  
 
== 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 geometriát a megadott méretek szerint (lásd az ábrán).
 
−
A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mv7rsx6ODZOoSdl6ZZzk0bpnLxiJzT-SUmMuwxzpgK4/edit?usp=sharing '''Feladat #2 méretei'''].
 
  
−
A feladat: meghatározni a mozgó részre ható erőt és az induktivitást a mozgórész megadott pozíciójában.
+
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 elkészíteni a hengerszimmetrikus (''axisymmetric'') feladat geometriáját a [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftverek valamelyikében;
+
* 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;
 
* Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;  
 
* Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;  
 
* A FEM szimuláció futtatása;
 
* A FEM szimuláció futtatása;
−
* Az eredmények kiértékelése.
+
* Az eredmények kiértékelése, ha a <math>z-</math>irányú hossza a feladatnak minden esetben <math>1\,\text{m}</math>.
  
 
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.
 
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.
  
−
; '''A feladathoz tartozó paraméterek:'''
+
{| width=80%
−
: 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'');
+
| align=center |
−
: A vasmag és a szelep mágnesezési görbéje:
+
[[File:01 Microstrip.png|500px]]
−
: {| class="wikitable" style="text-align: center;"
+
| align=center |
−
{| width=100%
+
[[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 |
 
| align=center |
−
[[Image:BHCurve Steel1008 wData.png|650px]]
+
[[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>
 
|-
 
|-
−
|align=center | <span style="font-size:88%;>''' ''Ábra 1.'' - Steel 1008 acél mágnesezési görbéje.'''</span>
+
| align=center |
 +
[[File:07 EdgeCoupledStripline.png|500px]]
 +
| align=center |
 +
[[File:08 BroadsideCoupledStripline.png|500px]]
 +
|-
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 7. változat.'''</span>
 +
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 8. változat.'''</span>
 
|}
 
|}
  
Line 103: Line 134:
 
|}
 
|}
 
   
 
   
−
* Az eredmények validálása 2mm-es légrés esetében.
+
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
−
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 600px; height: 100px;"
+
|+ Az eredmények összehasonlítása.
−
|+ A szimulációval kapott eredmények.
 
 
! Szoftver
 
! Szoftver
−
! Discovery AIM
+
! Maxwell 2D
−
! Maxwell 3D
+
! 2D Extractor
 
! FEMM
 
! FEMM
−
! Maxwell 2D
+
! 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 || - || -
 
|-
 
|-
−
! Erő [N]
+
! Polinom fokszáma
−
| 3,586 || 3,582 || 3,542 || 3,587
+
| Másodfokú || Másodfokú || Elsőfokú || Harmadfokú || - || -
 
|-
 
|-
−
! Induktivitás [mH]
+
! Kapacitás [pF]
−
| 39,88
+
| 96,729 || 96,763 || 97,136 || 96,74 || 127,9 || 93,040
−
| 39,84
 
−
| 39,71
 
−
| 39,84
 
 
|}
 
|}
  
 
'''Videók a szoftverek használatához'''
 
'''Videók a szoftverek használatához'''
−
* [FEMM]
+
* [https://youtu.be/E-uPFUIDlZo FEMM]
−
* [Agros2D]
+
* [https://youtu.be/dScBIRecoMg Agros2D]
−
* [Maxwell 2D]
+
* [https://youtu.be/cEb1AkNEGJ8 Ansys Maxwell 2D]
−
* [Ansys Maxwell 3D]
+
* [Ansys 2D Extractor]
−
* [Ansys Discovery AIM]
 
  
 
== Feladat II. része ==
 
== Feladat II. része ==

Revision as of 14:45, 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=2055"