AC/DC Module
Effektive nichtlineare magnetische Zustandsbeziehungen für Frequenzbereichsstudien
COMSOL Multiphysics Version 5.2 unterstützt effektive magnetische Zustandsbeziehungen in Form von effektiven HB- oder BH-Kurven. Diese Funktionalität ermöglicht die Modellierung nichtlinearer magnetischer Materialien, z. B. sättigbare Metalle bei einer Frequenzbereichsstudie, indem sie durch effektive inhomogene lineare Materialien genähert werden. Durch diese Formulierung können Sie die Näherungsantwort (erste Harmonische) eines nichtlinearen Materials berechnen, welches zeitharmonisch angeregt wird. Somit kann der hohe Berechnungsaufwand einer vollständig zeitabhängigen Analyse vermieden werden.
Ein Vergleich der Lösung einer zeitabhängigen Studie (blau) mit den Lösungen, welche durch eine Frequenzbereichsstudie unter Verwendung eines linearisierten Materials (grün), bzw. der neuen effektiven Materialapproximation (rot) erzielt wurden.
Neue Anwendung: „Effective Nonlinear Magnetic Curves Calculator“
Die Anwendung „Effective Nonlinear Magnetic Curves Calculator“ ergänzt die neue Funktionalität der effektiven nichtlinearen magnetischen Zustandsbeziehungen. Die Interfaces für magnetische Berechnungen im AC/DC Module unterstützen die Materialgleichung für „Effektive HB/BH-Kurve“. Diese können dazu verwendet werden, dass genäherte Verhalten eines nichtlinearen magnetischen Materials in einer Frequenzbereichssimulation zu untersuchen. Dadurch entfällt der zusätzliche Aufwand einer transienten Simulation.
Die Materialgleichung für die „Effektive HB/BH-Kurve“ benötigt effektive Heff(B)- bzw. Beff(H)-Beziehungen, welche als Interpolationsfunktion definiert wird. Mit der Anwendung können die dazu notwendigen Interpolationsdaten, ausgehend von den nichtlinearen H(B)- bzw. B(H)-Beziehungen des entsprechenden Materials, berechnet werden.
Die H(B)- bzw. B(H)-Beziehung können aus einer Textdatei importiert oder in eine Tabelle eingegeben werden. Berechnet werden die Interpolationsdaten für die Heff(B)- bzw. Beff(H)-Beziehungen über zwei verschiedenen Energiemethoden. Die resultierenden effektiven Materialeigenschaften können als COMSOL-Materialbibliothekdatei exportiert werden. Anschließend kann die Datei über das Interface Magnetische Felder der COMSOL Multiphysics-Software auf ein Modell angewendet werden.
Die Benutzeroberfläche der Anwendung „Effective Nonlinear Magnetic Curves Calculator“ – dargestellt werden die Interpolationsdaten und Abbildungen der BH/HB-Kurven sowie die berechneten effektiven Kurven.
Externe nichtlineare magnetische Materialien
Im Physikinterface Magnetische Felder des AC/DC Module und in den entsprechenden 2D-Interfaces von COMSOL Multiphysics können Sie nun mit externen Materialmodellen arbeiten, die als benutzerdefinierte dynamische Bibliotheken implementiert wurden. Dadurch werden die Modellierungsmöglichkeiten der Physikinterfaces erweitert und die Arbeit mit den Interfaces erheblich flexibler. Die Funktionalität wurde durch die Funktion Externes Material integriert und ermöglicht die Definition eigener erweiterter Materialmodelle, z. B. Hysterese-Modelle, zustandsabhängige Modelle oder Modelle mit verschiedenen Diskretisierungsschemata.
Neue Anwendung: „Touchscreen Simulator“
Mit dieser Anwendung kann bei der Entwicklung von kapazitiven Berührungsbildschirmen die Kapazitätsmatrix und das elektrische Feld simuliert und somit in einer frühen Phase ein Machbarkeitsnachweis erbracht werden.
Die Anwendung berechnet die Kapazitätsmatrix eines Touchscreens unter dem Einfluss eines virtuellen menschlichen Fingers. Position und Ausrichtung des Fingers können durch Eingabeparameter gesteuert werden. Weitere definierbare Parameter sind die Größe der Elektrodeneinheit-Zellenmatrix, der Berührungsdruck und die Dicke und Materialeigenschaften von Substrat und Superstrat.
Die Benutzeroberfläche der „Touchscreen Simulator“ Anwendung mit einem 10x10-Elektrodenmatrix-Touchscreen-Modell und einer dB-skalierten Abbildung des elektrischen Feldes.
Neue Anwendung: „Magnetic Prospecting“
Die magnetische Prospektion ist eine geologische Untersuchungsmethode, mit der nach Eisenerzvorkommen gesucht wird. Diese Methode eignet sich insbesondere für Eisenerz, welches Magnetit und Hämatit enthält. Bei dieser Methode werden die magnetischen Anomalien (Änderungen im Erdmagnetfeld) aufgrund vorhandener magnetischer Erze gemessen.
Mit der Anwendung „Magnetic Prospecting“ kann der Effekt des Vorkommens von magnetischem Erz auf das Erdmagnetfeld simuliert und die Anomalien an festgelegten Messpunkten auf der Oberfläche bestimmt werden. Sie können Höhenkartenbilder oder DHM-Dateien (DHM: digitales Höhenmodell) importieren, um die Morphografie einer Region sowie die geomagnetischen Felddaten für die festgelegte Position zu definieren.
Die Anwendung erzeugt eine Abbildung des magnetischen Feldes auf der Erdoberfläche sowie eine Ausgabe der numerischen Ergebnisse der erwarteten Anomalie an den festgelegten Messorten innerhalb der untersuchten Region.
Die Benutzeroberfläche der Anwendung „Magnetic Prospecting“ verfügt über Eingabefenster zur Festlegung des geomagnetischen Feldes und der magnetischen Eigenschaften des Erzes.
Neue Anwendung: „Induction Heating of a Steel Billet“
Metallwerkstücke können mittels Induktion erhitzt werden, um sie zu schmieden oder auf andere Weise zu bearbeiten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Erwärmungsverfahren, bei denen etwa Gas- oder Elektroöfen verwendet werden, wird bei der Induktionserhitzung die Energie verlustärmer auf das Werkstück übertragen. Dadurch ist die Erwärmung besser steuerbar, und die Verarbeitungszeiten sind kürzer.
Mit der Anwendung „Induction Heating of a Steel Billet“ können Sie ein einfaches Heizsystem für einen Stahlknüppel entwickeln, das aus einer oder mehreren elektromagnetischen Spulen bestehen kann, durch die der Knüppel mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Die Spulen werden mit Wechselspannung versorgt und induzieren Wirbelströme im Stahlknüppel, welche den Knüppel erhitzen (Joule-Erwärmung). Sie können folgende Eingabeparameter definieren: Knüppelquerschnitt, Spulenanzahl, -position und -größe, Anfangs- und Umgebungstemperatur und die einzelnen Spulenströme.
Nachdem der Berechnungsvorgang abgeschlossen wurde, wird die Knüppeltemperatur und Stromdichte während des Produktionsvorgangs graphisch ausgegeben. Weiter werden die numerischen Daten für die erwarteten Bereiche der Temperatur im Knüppel sowie die Energiebilanzwerte des Systems berechnet.
Mit der Anwendung „Induction Heating of a Steel Billet“ werden der Temperaturbereich im Knüppel und die Energiebilanzwerte berechnet. Die elektrische Stromdichte und die Temperatur sind als graphische Ausgabe verfügbar.
Smith-Plots: Eine herkömmliche Methode zur Darstellung von Matching-Eigenschaften
Mit einer neuen „Smith-Plotgruppe“ können Sie die Impedanz-, Admittanz- und Reflexionsdaten in einem Smith-Raster plotten. Smith-Plots sind geeignet, um komplexwertige S-Parameter (Reflexionskoeffizienten) mit Eingangsimpedanz bzw. Admittanz von Antennen, Übertragungsleitungen und anderen Netzwerkkomponenten in Beziehung zu setzen. Studien, die standardmäßig einen S-Parameter-Plot ausgeben, erzeugen auch automatisch einen zusätzlichen Smith-Plot.
Smith-Plot eines CPW-Bandpassfilters, wobei die Farbskala die Simulationsfrequenz angibt. Gezeigt wird, dass der Filter bei ca. 7,65 GHz auf 50 Ohm abgestimmt ist.