Féléves feladat
|
Mágnesszelep 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;
- A sztatikus mágneses térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés megadásához);
- A geometria elkészítéséhez CAD rendszer ismerete;
- Az ANSYS AIM Student letöltése és telepítése.
- ANSYS Discovery AIM Student rendszerkövetelmények:
- Operációs rendszer:
- Microsoft Windows 10 (64-bit)
- Minimális hardvare követelmény:
- Intel® Core™ i7
- 4GB RAM
- 25GB szabad merevlemez-terület
- OpenGL-re képes
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.
| Leadási határidő: | 2019. május 25., 12:00 |
| 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: | marcsa@maxwell.sze.hu e-mail címre
vagy a Google Classroom-ban kiírt feladatnál. (Ha van rá mód ez utóbbit használják.) |
| 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 mágnesszelep dugattyujára ható erő számítása végeselem-módszerrel
A feladat hengerszimmetrikus a függőleges ([math]z[/math]) tengelyre, így ennek megfelelően kell elkészíteni a háromdimenziós geometriát a megadott méretek szerint (lásd az ábrán).
Elvégzendő feladatok
- A megadott paraméterek alapján meghatározni a feladat típusát;
- A feladat geometriájának elkészítése és specifikálása az ANSYS Discovery AIM programban;
- A FEM szimuláció futtatása;
- Az eredmények validálása 2mm-es légrés esetében.
| Szoftver | Discovery AIM | Maxwell 3D | FEMM | Maxwell 2D |
|---|---|---|---|---|
| Erő [N] | 3,586 | 3,582 | 3,542 | 3,587 |
| Induktivitás [mH] | 39,88 | 39,84 | 39,71 | 39,84 |
- A megoldó beállításainak vizsgálata (Solution performance tuning, Curved surface meshing) az erő függvényében;
- A végeselemek száma (Tetrahedra), az energia (Total Energy), az energiahiba (Energy Error) és az energiahiba megváltozása (Delta Energy) az adaptív lépések függvényében a két szélső esetben;
- az eredmények feldolgozása (post-processing) [lentiek közül legalább kettő legyen a jelentésben]:
- 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.: 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).
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:
Ábra 1. - Steel 1008 acél mágnesezési görbéje. Feladat II. része
A szelep mozgó részére ható erő és a tekercs induktivitásának meghatározása az elmozdulás függvényében.
Megjegyzés: Ez a feladat a belsőégésű motorokban található mágnesszelepnek felel meg, ami a befecskendezést vezérli.
- Konkrét feladatok
- 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.
