Applications

Le module Particules chargées calcule l'interaction des particules chargées dans les champs électrostatiques et magnétostatiques. Il utilise la méthode des éléments finis afin de résoudre les équations de Maxwell pour les cas à l'état stationnaire dans un modèle discrétisé. Il offre une solution auto-cohérente qui comprend les effets de la charge d'espace, les champs magnétiques auto-générés et le mouvement relativiste.

Un ensemble complet de modèles d'émetteurs est fourni, incluant l'émission thermo-ionique et d'effet de champ à partir de surfaces, l'émission secondaire à partir de surfaces et dans les volumes (utilisé pour modéliser l'ionisation de gaz), ainsi que des modèles pour les plasmas magnétisés et non magnétisés.

Il est possible d'ajouter différents types de particules chargées, dont la charge et la masse peuvent être définies individuellement par l'utilisateur. L'émission de champ peut constituer un mécanisme plus intéressant que l'émission thermo-ionique pour l'extraction d'électrons à partir de cathodes. En effet, les électrons sont émis à température ambiante (cathode froide) par l'effet de champ de mécanique quantique, ce qui nécessite moins d'énergie électrique. Les nanotubes de carbone suscitent de plus en plus l'engouement en raison de leur taille, qui leur confère une utilisation dans des appareils portatifs.

Grâce à sa précision, sa facilité d'utilisation et sa capacité à prendre en charge des projets de simulation complexes au quotidien, Opera s'est imposé comme le principal outil de conception FEA pour tous les types d'aimants.

Opera est largement utilisé par la communauté scientifique pour la conception d'aimants destinés à des accélérateurs de particules, des appareils à faisceau ionique, des appareils IRM/RMN, ainsi que d'autres appareils magnétiques. Le logiciel orienté applications a évolué au fil des années et propose désormais des simulations multiphysiques complètes, capables d'analyser les contraintes thermiques et électromagnétiques.

Le logiciel peut également effectuer le suivi des particules chargées par le biais des champs électromagnétiques. Les applications IRM/RMN sont particulièrement exigeantes, car la zone d'imagerie nécessite une précision de champ extrêmement élevée. Opera a été développé en tenant compte de cette exigence. De ce fait, de nombreux fabricants d'équipements IRM et RMN l'utilisent pour la conception des aimants supraconducteurs, la mise en œuvre de simulations de quench et la conception du blindage des aimants. Le logiciel propose désormais des simulations multiphysiques complètes, capables d'analyser les contraintes thermiques et électromagnétiques.

Les résultats standard (qui dépendent de la solution exécutée) comprennent :

• Distribution de champs

• Homogénéité de champ et gradients

• Coefficients d'analyse de Fourier

• Coefficients polynomiaux associés de Legendre

• Pic des champs sur les bobines

• Efficacité du blindage/champ rayonné (EMC/EMI)

• Trajectoires du faisceau de particules

• Performances dynamiques des aimants pulsés

• Forces et pertes – bobines, culasses et blindage

• Déflexion et contrainte dues au chargement mécanique

• Précontrainte de refroidissement

• Propagation de quench

• Performances du circuit de protection

• Tensions entre spires/couches

• Fréquences propres et facteurs Q

La pulvérisation cathodique est largement répandue dans la fabrication de films minces et s'utilise dans de très nombreux domaines, allant des revêtements décoratifs et à faible émissivité sur du verre aux revêtements techniques des produits utilisés dans les applications modernes les plus exigeantes. L'optimisation des propriétés du film déposé et le recours à une cible de pulvérisation sont essentiels à la réalisation du produit fini et à la rentabilité du processus. Opera associe une analyse par éléments finis précise à des modèles détaillés de plasma, de pulvérisation et de dépôt de film afin d'offrir les outils nécessaires à la conception et à l'optimisation de magnétrons.

Les concepteurs de magnétrons et de systèmes de pulvérisation cathodique disposent, pour la première fois, d'un outil efficace de simulation de conception. Ces outils ont prouvé leur utilité dans de nombreux domaines d'ingénierie et de conception de produits, notamment parce qu'ils améliorent les performances, réduisent les coûts, écourtent les délais de développement et favorisent l'innovation pour garantir un avantage concurrentiel.

Les fonctionnalités de simulation d'Opera suivantes sont destinées aux concepteurs de magnétrons :

• Évaluation et conception 3D de l'ensemble du système à l'aide de la simulation avancée par éléments finis

• Calcul des champs magnétiques pendant la simulation

• Champ rayonné inclus à partir des magnétrons adjacents dans un environnement de pulvérisation à magnétrons multiples

• Modélisation de particules chargées auto-cohérente, incluant la charge d'espace et les effets relativistes

• Évaluation rapide de variantes de conception

• Optimisation avec plusieurs variables et objectifs

Grâce à Opera, le concepteur peut prévoir et optimiser les éléments suivants :

• Profils d'érosion

• Utilisation de cibles

• Profils de revêtement d'un substrat

• Dynamique de revêtement – pour les caractéristiques et la qualité

De la modélisation avancée de signatures électromagnétiques à celle de systèmes de protection cathodique, en passant par la résolution de problèmes inverses de détection électromagnétique, la solution de simulation électromagnétique Opera a prouvé qu'elle était indispensable aux ingénieurs et aux concepteurs du secteur maritime.

L'atténuation des signatures électriques et magnétiques joue un rôle important dans le processus de conception d'un navire. Opera a été largement utilisé pendant de nombreuses années en tant qu'outil de simulation pour l'évaluation des signatures de magnétisation et de démagnétisation. Il a montré des niveaux de précision élevés au cours d'exercices de validation, ainsi qu'une grande flexibilité dans l'optimisation des positions des bobines de démagnétisation.

Les utilisateurs d'Opera peuvent facilement modifier les modèles créés pour l'évaluation des signatures magnétiques et modéliser des systèmes de protection cathodique à l'aide du même module de simulation d'Opera. L'analyse de protection cathodique nécessite uniquement un modèle de la surface extérieure du navire, incluant des anodes à courant imposé, des anodes sacrificielles et des zones peintes et non protégées.

Le post-traitement des résultats d'Opera permet d'interroger de nombreux paramètres clés :

• Distribution potentielle sur le navire, montrant l'efficacité du système CP

• Distribution du champ électrique dans le volume modélisé de la mer et du fond marin

• Distribution de la densité de courant dans le volume modélisé de la mer et du fond marin

• Champ magnétique résultant des flux de courant dans la mer et le fond marin

Opera est un logiciel d'analyse par éléments finis (FEA) puissant et interactif qui permet de modéliser, avec précision, les champs électromagnétiques de tous les types de machines, notamment des appareils comprenant des systèmes de mouvement linéaire et des topologies de flux axial. Des solveurs électromagnétiques et d'autres solveurs, qui fournissent différents niveaux de complexité d'analyse, sont disponibles et offrent aux utilisateurs des outils fiables correspondant à leurs exigences. Le logiciel inclut également des options complètes de modélisation de matériaux (magnétisation, démagnétisation, modèle de matériaux d'hystérésis vectorielle) et offre une définition aisée des circuits de commande externes. Ces fonctionnalités sont destinées à simplifier la conception des machines. Le module Optimizer intégré permet de passer efficacement du concept au produit concurrentiel. L'environnement Machines est un outil de développement facile à utiliser et basé sur des modèles, spécifiquement conçu pour les ingénieurs spécialisés dans les machines électriques. En fonction de la complexité géométrique et de la symétrie, les utilisateurs peuvent choisir d'utiliser Opera en 2D ou en 3D.

Le solveur statique d'Opera propose une représentation précise du comportement électromagnétique de la machine. Cela est particulièrement utile pour certains types de machines, par exemple lorsque les champs sont considérés comme « figés » dans le temps (machines CC) ou lorsqu'ils se déplacent à la même vitesse que le rotor (machines synchrones). Les utilisateurs peuvent déployer les solveurs d'état stationnaire (courant AC variable) pour les analyses de machines qui comprennent des champs variables dans le temps (machine à induction ou caractérisation couple-glissement).

À l'aide des solveurs de déplacement, les utilisateurs peuvent analyser entièrement les performances réelles de n'importe quelle machine. Cela inclut également l'analyse des effets du couplage mécanique. La gamme de solveurs de pertes d'Opera permet aux utilisateurs d'évaluer les pertes fer (y compris les courants de Foucault, l'hystérésis et les composants de rotation/en excès) pour tout type de machine. Pour ce faire, il est possible d'utiliser les méthodes de post-traitement ou les courbes des fabricants directement pendant l'exécution de la solution. Les utilisateurs peuvent calculer les pertes en cuivre dans les flux de courant des bobines simulées. Le solveur d'hystérésis d'Opera aide les utilisateurs à obtenir des résultats clairs de pertes d'hystérésis (y compris les pertes de composants de rotation et les pertes par courants de Foucault). Toutes les quantités de perte peuvent être utilisées en tant que source calorifique dans les analyses thermiques 2D ou 3D.