Feladat 1
|
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 az Agros2D vagy az Ansys Maxwell szoftver segítségével. Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.
A feladat a nagysebességű nyomtatott áramkörök esetében alkalmazott sztripvonal (stripline), mikrosztrip (microstrip) vagy koplanáris hullámvezető (coplanar waveguide) elrendezésre meghatározni a kapacitást.
A feladat megoldásához szükséges ismeretek
- A végeselem-módszer lépései;
- Az elektrosztatikus térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
- Az Ansys Electronics Desktop Student szoftver alapszintű kezelése.
A feladat
A feladat két részből áll, a szimulációból és az összefoglaló elkészítéséből.
| Leadási határidő: | nappali - 2020. október 09., 23:59 / távoktatás - 2021. december 19. 23:59 |
| Leadás formája: | A szimulációs fájlt (*.aedt) 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 az Ansys Electronics Desktop Student szoftverben;
- 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.
|
|
|
| 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. |
Szoftverek használatának bemutatása
Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és az 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.
|
|
| Ábra 1. - A mintapélda és geometriai méretei. |
| 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: Word; PDF.
