Niederfrequente elektromagnetische Simulation
Elektrostatische, magnetostatische und niederfrequente elektromagnetische Feldsimulation
Niederfrequenz- und Störgeräuschsimulation
Die SIMULIA Suite mit spezialisierten Simulationswerkzeugen für Niederfrequenz (LF) und Störgeräusche kann Herausforderungen bei der Entwicklung von Magnetkonstruktionen, Hochspannungsgeräten und elektrischen Maschinen bewältigen. Branchen wie der Energiesektor, Fahrzeugbau und Mobilität, Schifffahrt und Offshore sowie Maschinen- und Anlagenbau entwickeln mithilfe von Niederfrequenzsimulationen modernste Produkte und innovative Systeme.
Dank flexibler Anpassungsmöglichkeiten an die Anforderungen der Anwender konnten SIMULIA Werkzeuge erfolgreich für eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen eingesetzt werden. Die Genauigkeit von SIMULIA ist bei der Betrachtung winziger Feldhomogenitäten in medizinischen Geräten oder Teilchenbeschleunigern von größter Bedeutung. Die erweiterten Werkstoffmodellierungs- und Lösungsverfahren ermöglichen detaillierte Untersuchungen von Geräten, die Permanentmagnete oder supraleitende Spulen enthalten. Anwendungsspezifische Frontends helfen Anwendern bei der komplexen Aufgabe, hocheffiziente Hochleistungsmotoren, Generatoren und Transformatoren zu simulieren und zu optimieren.
Die niederfrequente Simulation verkürzt Entwicklungszeit, Kosten und Risiken in der Produktentwicklung und ermöglicht es Ingenieuren, große, komplexe Systeme in der Größenordnung von Generatoren, Schiffen und Teilchenbeschleunigern zu verstehen und zu optimieren.
Die erweiterte Hysterese- und Entmagnetisierungsmodellierung von Werkstoffen bietet die erforderliche Genauigkeit, sodass sich Konstrukteure und Ingenieure auf virtuelle Prototypen verlassen können. Sie verkürzt die Zeit vom Entwurf bis zur Produktion erheblich.
Die starke Kopplung von elektromagnetischen Effekten mit thermischen und mechanischen Effekten ist ein Merkmal der meisten Niederfrequenzgeräte. SIMULIA bietet branchenführende Tools für die detaillierte Analyse des gekoppelten physikalischen Verhaltens, das erforderlich ist, um einen vollständigen Überblick über die Leistung und Zuverlässigkeit der Systeme zu erhalten.
Niederfrequenzanwendungen
- Stromerzeugung und -übertragung
- Sensordesign
- Magnetdesign
- Supraleitende Magnete
- MRT-Magnete
Simulation von Stromerzeugung und -übertragung
Transformatoren, Schaltanlagen, Stromschienen und ähnliche Komponenten müssen hohe Ströme sicher und ohne gefährlichen Überschlag oder Leckströme leiten. Die Simulation zeigt Felder und Ströme um Komponenten herum, einschließlich Wirbelströme und Wärmeerzeugung, sodass Konstrukteure überprüfen können, ob Hochleistungssysteme auch unter extremen Lasten sicher funktionieren.
Sensordesign
Von Touchscreens bis hin zu zerstörungsfreien Prüfverfahren verwenden viele Sensoren statische oder niederfrequente Felder, um Ziele zu erkennen und zu messen. Die Simulation kann die Reaktion von Sensoren auf verschiedene Testziele analysieren und optimieren, selbst beim Vorliegen von Störungen oder Verschmutzungen.
Magnetdesign
Magnete sind die Basis vieler Präzisionsinstrumente in Bereichen wie der medizinischen Bildgebung, der Teilchenforschung und der Materialwissenschaft. Die Simulation bietet Standardkennzahlen zur Magnetisierung, einschließlich:
- Feldverteilung
- Feldhomogenität und Gradienten
- Fourier-Analyse-Koeffizienten
- Zugehörige Legendre-Polynomialkoeffizienten
- Spitzenfelder auf Spulen und Abschirmungswirksamkeit
- Multiphysikalische Ergebnisse einschließlich Kräfte, Erwärmung und Spannung
Simulation supraleitender Magnete
Supraleitende Magnete können effizient starke Magnetfelder erzeugen, aber ihre Funktion hängt von der Verwendung von kryogenem Kühlmittel ab. Wenn der Magnet ausfällt, kann er einen heftigen „Quench“ durchlaufen, da das Kühlmittel kocht und der Supraleiter in einen resistiven Zustand übergeht. Die Simulation kann die supraleitende Magnetleistung einschließlich der Quench-Ausbreitung modellieren.
MRT-Magnetdesign
Für die Magnetresonanztomographie (MRT) sind leistungsstarke Magneten mit präzise gesteuerten Magnetfeldern erforderlich. SIMULIA Simulationswerkzeuge verfügen über die Genauigkeit, die für die Konstruktion von MRT-Magneten erforderlich ist. Unsere Solver können statische und LF-Magnetfeldanalysen mit Hochfrequenzspulen (HF-Spulen) und Patientensicherheitssimulationen kombinieren. Verknüpfungen mit Spin-Simulationstools vervollständigen den MRT-Konstruktionsworkflow.
- Teilchenstrahloptik
- Magnetische Abschirmung
- Kathodenschutz
- Magnetische Signatur
Teilchenstrahloptik-Simulation
Magnetische Linsen und andere strahlleitende Magneten sind ein wichtiger Bestandteil von Teilchenbeschleunigern. Die Simulation der Teilchenverfolgung kann die Bewegung geladener Teilchen durch Magnetfelder modellieren, sodass Wissenschaftler auf deren Grundlage Beschleunigerkomponenten entwerfen und optimieren können. Weitere Informationen finden Sie unter Teilchendynamik.
Simulation der magnetischen Abschirmung
Streumagnetfelder können elektromagnetische Kompatibilitäts- und Störungsprobleme (EMC/EMI) verursachen, einschließlich Datenverlust im Speicher. Sie können auch andere elektronische Geräte beschädigen und Risiken für Personen mit implantierten Herzschrittmachern verursachen. Mit der Simulation können Anwender magnetische Abschirmungen für Dauermagnete und Induktionsspulen (z. B. drahtlose Aufladung von Elektrofahrzeugen) entwickeln, um die Magnetfelder sicher einzudämmen.
Kathodenschutz-Simulation
Zum Schutz vor Korrosion durch Salzwasser werden Anlagen auf See wie Schiffe, Ölplattformen und Offshore-Windkraftanlagen mit einem kathodischen Schutz ausgerüstet. Beim kathodischen Schutz verhindert eine Opfer- oder Fremdstromanode die Oxidation des Metallkörpers. Die Simulation berechnet das Potenzial im gesamten Hohlgefäß, um die Leistung von Kathodenschutzsystemen zu analysieren und die Anodenplatzierung zu optimieren.
Simulation der magnetischen Signatur und Entmagnetisierung
Die Abschwächung von elektrischen und magnetischen Feldsignaturen ist ein wichtiger Teil des Entwurfsprozesses für ein Schiff. Die LF-Solver-Technologie von SIMULIA wird seit vielen Jahren als Simulationstool sowohl für die Bewertung nicht entmagnetisierter als auch entmagnetisierter Signaturen eingesetzt. Sie zeigt eine ausgezeichnete Genauigkeit bei Validierungsanwendungen und Flexibilität bei der Optimierung der Positionen von Entmagnetisierungsspulen.
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Häufig gestellte Fragen zur Magnetfeldsimulation
Ein Magnetfeld wird in der Regel mithilfe verschiedener Diagramme dargestellt, z. B. Vektor- oder Konturdiagramme. Vektorgrafiken stellen die Richtung und Stärke des Magnetfelds an verschiedenen Punkten im Raum dar, während Konturdiagramme skalare Größen darstellen.
Die Feldsimulation kann die Feldgrößen in allen Richtungen des Koordinatensystems auf dem Raster berechnen, das für die Diskretisierung verwendet wird. Ein Vektordiagramm kann die Richtung und Stärke des Magnetfelds an jedem Punkt darstellen.
Die Rechte-Hand-Regel ist eine einfache Möglichkeit, die Richtung der Lorentz-Kraft zu visualisieren. Halten Sie den Daumen, den Zeigefinger und den Mittelfinger Ihrer rechten Hand so, dass diese rechte Winkel bilden, genau wie die Achsen eines Koordinatensystems. Wenn der Daumen in Richtung des Stroms und der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes zeigt, zeigt der Mittelfinger in die Richtung, in der die Lorentz-Kraft auf den Leiter wirkt. Sie können auch mit dem Zeigefinger für den Strom beginnen, mit dem Mittelfinger für das Feld und dem Daumen für die Kraft.
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