Feladat
|
Feladat #1 - Elektrosztatika | ||
|
Oktató
|
További oktatók:
| |
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.
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-\lt\math\gtirányú hossza a feladatnak minden esetben \ltmath\gt1\,\text{m}\lt\math\gt. {| class="wikitable" style="text-align: center; width: 600px; height: 100px;" |+ A szimulációval kapott eredmények. ! 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 ('''AIM'''); A lezárás méretének és a háló sűrűségének (csomópontok [''Nodes''] vagy háromszögek [''Elements''] száma) vizsgálata az erő függvényében ('''FEMM'''); * A végeselemek száma (''Tetrahedra''; ''Elements''), az energia (''Total Energy''), az energiahiba (''Energy Error'' - '''AIM''') és az energiahiba megváltozása (''Delta Energy'' - '''AIM''') 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.:''' \ltspan style="color:red"\gt''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).''\lt/span\gt \ltbr /\gtA 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 \ltmath\gt\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. A táblázatban található méretek jelentését az alábbi ábrák mutatják. A táblázatban a 2. oszlop jelöli a változat számát.
Feladat #1 - 1. változat. Feladat #1 - 2. változat. 
Feladat #1 - 3. változat. Feladat #1 - 4. változat. 
Feladat #1 - 5. változat. Feladat #1 - 6. változat. 
Feladat #1 - 7. változat. Feladat #1 - 8. változat. Feladat II. része
A műszaki jelentés elkészítése és leadása a Moodle rendszerben PDF formátumban.
A műszaki jelentés a következő linken elérhető: Műszaki jelentés
