Anwendungen

Das Charged Particle Module berechnet die Interaktion geladener Teilchen in elektro- und magnetostatischen Feldern. Es verwendet die Finite-Elemente-Methode, um die Maxwell-Gleichungen für den stationären Fall in einem diskretisierten Modell zu lösen, und bietet eine selbstkonsistente Lösung, einschließlich der Auswirkungen von Raumladung, selbstmagnetischen Feldern und relativistischer Bewegung.

Es wird ein umfassender Satz von Emittermodellen geboten, einschließlich thermionischer und Feldeffektemission von Oberflächen, sekundärer Emission von Oberflächen und innerhalb von Volumen (zur Modellierung der Gasionisation) und Modellen für magnetisierte und nicht magnetisierte Plasmen.

Es ist möglich, mehrere Arten geladener Teilchen mit benutzerdefinierter Ladung und Masse einzubeziehen. Die Feldemission kann im Vergleich zur thermionischen Emission besser zur Extraktion von Elektronen aus den Kathoden geeignet sein, da die Elektronen bei Raumtemperatur (kalte Kathode) durch den quantenmechanischen Feldeffekt emittiert werden, der weniger elektrische Energie benötigt. Immer beliebter werden Kohlenstoffnanoröhren-Emitter, die aufgrund ihrer Größe in tragbaren Geräten eingesetzt werden können.

Opera hat seine Position als führendes FEA-Designtool für Magnete aller Art durch gleichbleibend hohe Genauigkeit, Benutzerfreundlichkeit und die Fähigkeit erworben, routinemäßig große und komplexe Simulationen zu verarbeiten.

Opera wird von der wissenschaftlichen Gemeinschaft häufig für die Entwicklung von Magneten verwendet, die in Teilchenbeschleunigern, Ionenstrahlgeräten, MRT/NMR-Geräten und einer Vielzahl anderer magnetischer Geräte zum Einsatz kommen. Die anwendungsorientierte Software hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt und bietet heute eine umfassende multiphysikalische Simulation, bei der neben Elektromagnetik auch das Thermo- und Spannungsverhalten untersucht werden kann.

Die Software kann auch geladene Teilchen in elektromagnetischen Feldern verfolgen. Da im Bildgebungsbereich eine extrem hohe Feldgenauigkeit erforderlich ist, ist die MRT/NMR-Anwendung besonders anspruchsvoll. Opera wurde unter Berücksichtigung dieser Anforderungen entwickelt und viele führende Hersteller von MRT- und NMR-Geräten verwenden Opera für die Konstruktion supraleitender Magnete, für die Durchführung von Quench-Simulationen und für die Konstruktion von Magnetabschirmungen. Die Software bietet heute eine umfassende multiphysikalische Simulation, bei der neben Elektromagnetik auch das Thermo- und Spannungsverhalten untersucht werden kann.

Zu den Standardergebnissen (abhängig von der durchgeführten Lösung) gehören:

• Feldverteilung

• Feldhomogenität und Gradienten

• Fourier-Analyse-Koeffizienten

• Zugehörige Legendre-Polynomialkoeffizienten

• Spitzenfelder bei Spulen

• Streufeld-/Abschirmungseffektivität (EMV/EMI)

• Teilchenstrahlbahnen

• Dynamische Leistung von gepulsten Magneten

• Kräfte und Verluste – Spulen, Jochs und Abschirmung

• Durchbiegung und Spannung infolge mechanischer Belastung

• Vorspannung beim Abkühlen

• Quench-Ausbreitung

• Leistung der Schutzschaltung

• Stromspannung zwischen Windungen und Schichten

• Eigenfrequenzen und Q-Faktoren

Die Sputter-Beschichtung wird in vielen Anwendungsbereichen für die Herstellung dünner Folien verwendet – von dekorativen Beschichtungen und Beschichtungen mit geringem Emissionsgrad auf Glas bis hin zu technischen Beschichtungen von Produkten, die in den anspruchsvollsten Anwendungen von heute verwendet werden. Die Optimierung der Eigenschaften der aufgetragenen Schicht und die Nutzung des Sputter-Ziels sind entscheidend für die Leistung des Endprodukts und für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Opera kombiniert genaue Finite-Elemente-Analyse mit detaillierten Modellen für Plasma, Kathodenzerstäubung und Schichtaufbringung und stellt so die ersten praktischen Werkzeuge für die Magnetronkonstruktion und -optimierung bereit.

Bei der Magnetron-Konstruktion und der Sputter-Beschichtung ist zum ersten Mal der Zugriff auf ein effektives Konstruktionssimulationstool möglich. In vielen Bereichen der Konstruktion und des Produktdesigns haben sich solche Tools als leistungssteigernd, kostensenkend, zeitsparend und innovationsfördernd erwiesen und ermöglichen damit einen Wettbewerbsvorteil.

Zu den besonders wichtigen Simulationsfunktionen von Opera bei der Magnetron-Konstruktion gehören:

• Vollständige 3D-Systembewertung und -konstruktion mit erweiterter Finite-Elemente-Simulation

• Magnetfeldberechnungen während der Simulation

• Berücksichtigen von Streufeldern benachbarter Magnetrons in einer Multi-Magnetron-Beschichtungsumgebung

• Selbstkonsistente Modellierung geladener Teilchen, einschließlich Raumladung und relativistischer Effekte

• Schnelle Beurteilung von Konstruktionsvarianten

• Optimierung unter Berücksichtigung verschiedener Variablen und Ziele

Mit Opera können Konstrukteure Folgendes vorhersagen und optimieren:

• Erosionsrillenprofile

• Zielauslastung

• Substratbeschichtungsprofile

• Beschichtungsdynamik unter Berücksichtigung von Eigenschaften und Qualität

Von der Entwicklung erweiterter Modelle für elektromagnetische Signaturen über kathodische Schutzsysteme bis hin zur Lösung inverser elektromagnetischer Sensorprobleme hat sich die erweiterte elektromagnetische Simulation von Opera als unverzichtbarer Begleiter für Ingenieure und Konstrukteure im Bereich der Meerestechnik erwiesen.

Die Abschwächung von elektrischen und magnetischen Feldsignaturen ist ein wichtiger Teil des Entwurfsprozesses für ein Schiff. Opera ist seit vielen Jahren als Simulationstool für die Bewertung entmagnetisierter und nicht entmagnetisierter Signaturen weit verbreitet und zeigt hohe Genauigkeit bei Validierungsverfahren und Flexibilität bei der Optimierung der Positionen von Entmagnetisierungsspulen.

Opera Benutzer können Modelle, die für die Beurteilung der magnetischen Signatur erstellt wurden, problemlos ändern, um die Modellierung des kathodischen Schutzsystems mit demselben Opera Simulationsmodul zu ermöglichen. Die kathodische Schutzanalyse erfordert lediglich ein Modell der Außenfläche des Schiffs, einschließlich Fremdstromanoden, Opferanoden, Bereichen mit Anstrich und ungeschützten Bereichen.

Die Nachbearbeitung der Ergebnisse durch Opera ermöglicht die Prüfung vieler nützlicher Ergebnisse, darunter:

• Potenzialverteilung auf dem Schiff, um die Effektivität des CP-Systems aufzuzeigen

• Verteilung elektrischer Felder überall im modellierten Volumen des Meeres und Meeresgrunds

• Stromdichteverteilung überall im modellierten Volumen des Meeres und des Meeresbodens

• Magnetfeld, das aus Strömen im Meer und im Meeresboden resultiert

Opera ist ein leistungsstarkes Softwarepaket für die interaktive Finite-Elemente-Analyse (FEA), das eine genaue Modellierung elektromagnetischer Felder für alle Arten von Maschinen bietet, einschließlich Topologien mit axialem Fluss und Geräten mit linearer Bewegung. Es stehen elektromagnetische und andere physikalische Solver zur Verfügung, die Benutzern unterschiedliche Stufen der Analysekomplexität und damit je nach Anforderungen die optimalen Tools bieten. Die umfassenden Materialmodellierungsoptionen (einschließlich Magnetisierung, Entmagnetisierung im Betrieb und vollständiges Vektorhysterese-Materialmodell) sowie die einfache Definition von externen Antriebskreisen sind darauf ausgerichtet, die Konstruktion von Maschinen zu erleichtern. Der integrierte Optimizer bietet einen effizienten Weg vom Konzept zum wettbewerbsfähigen Produkt. Machines Environment ist ein benutzerfreundliches, vorlagengesteuertes Entwicklungstool, das speziell für Elektroingenieure entwickelt wurde. Je nach geometrischer Komplexität und Symmetrie haben Benutzer die Möglichkeit, Opera 2D oder Opera 3D zu verwenden.

Der statische Solver von Opera liefert eine genaue Darstellung des elektromagnetischen Verhaltens der Maschine. Dies ist für bestimmte Maschinentypen nützlich, bei denen die Felder als zeitlich „eingefroren“ betrachtet werden können (z. B. bei Gleichstrommaschinen) oder die sich mit derselben Geschwindigkeit wie der Rotor (Synchronmaschinen) bewegen. Die Benutzer können die statischen Solver (zeitlich variierende Wechselspannung) für Maschinenanalysen bereitstellen, die zeitlich variierende Felder umfassen, z. B. die Induktionsmaschine oder das Drehmoment- und Schlupfverhalten.

Mit den Bewegungs-Solvern können Benutzer die reale Leistung jeder Maschine vollständig analysieren. Dazu gehört auch die Analyse der Auswirkungen der mechanischen Kopplung. Verluste: Die Solver von Opera ermöglichen dem Benutzer, für jeden Maschinentyp die Eisenverluste (einschließlich Wirbelströmen, Hysterese und Überschuss-/Rotationskomponenten) zu bewerten. Dies kann mit Nachbearbeitungsmethoden oder direkt während der Lösung über Herstellerkurven erfolgen. Die Benutzer können Kupferverluste einfach aus dem Strom berechnen, der in simulierten Wicklungen fließt. Mit dem Hysterese-Solver von Opera können Benutzer explizit Hystereseverluste ermitteln (einschließlich Rotationskomponenten- und Wirbelstromverlusten). Jede Verlustmenge kann in 2D- oder 3D-Thermoanalysen als Wärmequelle verwendet werden.

Die Opera Simulations-Suite verwendet die Finite-Elemente-Methode, um das elektrische, thermische und strukturelle Verhalten von Geräten und Systemen zu simulieren. Opera ist ein virtuelles Prototyping-Tool, mit dem Designvarianten untersucht und Konstruktionen optimiert und verfeinert werden können. Es bietet Testergebnisse, die ebenso genau wie physische Tests sein können.

Mit Opera können Hersteller von Stromversorgungssystemen und zugehörigen Geräten, die Produkte entwickeln, die den Anforderungen der modernen Welt gerecht werden. Sie können die Effizienz steigern und gleichzeitig die Auswirkungen ihrer Produkte auf die Umwelt reduzieren. Opera erfüllt diese oft konkurrierenden Anforderungen und ermöglicht ein erfolgreiches Design innovativer, hochgradig optimierter Produkte. Da der konventionelle Entwicklungsprozess mit Konstruktionsiterationen, physischen Prototypen und Tests immer zeitaufwendiger und kostspieliger wird, wenden sich Designer zunehmend Opera zu.

• 3D-Geräteauswertung mithilfe erweiterter Finite-Elemente-Simulation

• Vollständige nichtlineare und lokal orthotrope Materialdarstellung sowohl für Elektromagnetik als auch für thermische Simulation

• Schnelle Prüfung von Konstruktionsvarianten

• Testen unter realen Bedingungen (d. h. bei allen Betriebsbedingungen und unter Fehlerbedingungen)

• Berücksichtigung von Stromversorgung und Lasten

• Einschließen von thermischer und struktureller Analyse

• Integriert in Opera Optimizer

Zu den Standardergebnissen (abhängig von der durchgeführten Lösung) gehören:

• Effizienz

• Induktivitäten

• Sättigungskurven

• Kurzschlussanalyse

• Analyse offener Schaltungen

• Einschaltstrom/Lasttests

• Einschalttransienten

• Verluste – Kupfer, Wirbelstrom, Hysterese

• Streufeld-/Abschirmungsanalyse (EMV/EMI)

• Dynamische Kräfte auf Spulen