Applicazioni

Il modulo Charged Particle calcola l'interazione di particelle elettricamente cariche in campi elettrostatici e magnetostatici. Tale modulo utilizza il metodo degli elementi finiti per risolvere equazioni di Maxwell nel caso stazionario in un modello discretizzato e fornisce una soluzione autoconsistente che include gli effetti della carica spaziale, dei campi magnetici autogenerati e del movimento relativistico.

È disponibile un set completo di modelli di emettitori che include emissione di effetti di campo e termoionici generati da superfici, emissione secondaria generata da superfici e interna ai volumi (utilizzata per modellare la ionizzazione di gas) e modelli per plasma smagnetizzato e magnetizzato.

È possibile includere più specie di particelle cariche, ciascuna con carica e massa definite dall'utente. L'emissione di campo, rispetto a quella termoionica, può essere un meccanismo più interessante per l'estrazione di elettroni dai catodi poiché gli elettroni vengono emessi a temperatura ambiente (catodo freddo) dall'effetto del campo quanto-meccanico che richiede una quantità inferiore di energia elettrica. Sempre più diffusi sono gli emettitori a nanotubi di carbonio che, grazie alle loro dimensioni, possono essere impiegati in dispositivi più portatili.

Opera viene considerato il più avanzato strumento di progettazione FEA per magneti di ogni tipo grazie all'elevata precisione, la facilità d'uso e la possibilità di gestire sistematicamente simulazioni complesse.

Opera è uno strumento largamente diffuso nella comunità scientifica per la progettazione di magneti utilizzati in acceleratori di particelle, dispositivi a fascio ionico, sistemi di RM/RMN e molti altri dispositivi magnetici. Nel corso degli anni, questo software, focalizzato sull'applicazione, si è evoluto ed è oggi in grado di offrire simulazioni multifisica utilizzate per analizzare fattori termici e di sollecitazione oltre che elettromagnetici.

Il software è inoltre in grado di tracciare le particelle cariche che attraversano campi elettromagnetici. L'applicazione in sistemi RM/RMN è particolarmente complessa per via dell'elevata precisione dei campi richiesta per l'imaging. Opera è stato sviluppato tenendo presente tale necessità e per questo motivo molti tra i maggiori produttori di apparecchiature di RM e RMN utilizzano Opera per progettare magneti superconduttori per condurre simulazioni del quench e per la progettazione di schermature magnetiche. Attualmente il software offre simulazioni multifisica complete utilizzate per analizzare fattori termici e di sollecitazione oltre che elettromagnetici.

I risultati standard che è possibile ottenere (a seconda della soluzione eseguita) includono:

• Distribuzione dei campi

• Omogeneità e gradienti di campo

• Coefficienti di Fourier

• Coefficienti dei polinomi associati di Legendre

• Picchi di campo su bobine

• Analisi dei campi di dispersione/efficacia della schermatura (EMC/EMI)

• Traiettorie di fasci di particelle

• Prestazioni dinamiche di magneti a impulsi

• Forze e perdite (bobine, corone e schermature)

• Deflessione e deformazione causate da carichi meccanici

• Pre-deformazione da raffreddamento

• Propagazione del quench

• Prestazioni dei circuiti di protezione

• Tensioni intercapedine/inter-layer

• Frequenze di Eigen e fattori Q

Il rivestimento a polverizzazione ionica è ampiamente utilizzato nella fabbricazione di pellicole sottili per una vasta gamma di applicazioni, dai rivestimenti decorativi e a bassa emissività su vetro ai rivestimenti ingegneristici su prodotti utilizzati nelle applicazioni più gravose dell'industria moderna. L'ottimizzazione delle proprietà della pellicola depositata e l'utilizzo del target di polverizzazione ionica sono cruciali per le prestazioni del prodotto finale e per l'economia del processo. Opera unisce un'accurata analisi a elementi finiti con modelli dettagliati per deposizione tramite plasma, polverizzazione ionica e pellicola offrendo strumenti pratici per la progettazione e l'ottimizzazione magnetronica.

Per la prima volta, i progettisti di rivestimenti magnetronici e a polverizzazione ionica hanno accesso a uno strumento di simulazione realmente efficace. In molti campi dell'ingegneria e della progettazione dei prodotti strumenti di questo tipo si sono dimostrati efficaci nel migliorare le prestazioni, ridurre costi e tempi di sviluppo e contribuire all'innovazione assicurando un vantaggio competitivo.

Le funzionalità di simulazione di Opera di particolare interesse per i progettisti magnetronici includono:

• Valutazione e progettazione di sistemi in 3D utilizzando una simulazione avanzata a elementi finiti

• Calcoli dei campi magnetici durante la simulazione

• Inclusione di campi di dispersione generati da magnetroni adiacenti in un ambiente di rivestimento a più magnetroni

• Modellazione autoconsistente di particelle cariche, inclusi gli effetti di carica spaziale e relativistici

• Valutazione rapida di varianti di progetto

• Ottimizzazione con più variabili e obiettivi

Con Opera il progettista può prevedere e ottimizzare:

• Profili di solchi da erosione

• Utilizzo di target

• Profili di rivestimento del substrato

• Dinamica dei rivestimenti, in termini di caratteristiche e qualità

Dallo sviluppo di modelli avanzati di segnature elettromagnetiche, sistemi di protezione catodica e risoluzione di problemi di rilevamento elettromagnetico inverso, le funzionalità di simulazione elettromagnetica avanzate di Opera si sono dimostrate indispensabili per il lavoro di ingegneri e progettisti navali.

La mitigazione delle segnature di campi elettrici e magnetici è una parte importante del processo di progettazione di una nave. Opera trova da molti anni largo impiego come strumento di simulazione per la valutazione di segnature con neutralizzazione del campo magnetico (degauss) e con annullamento del degauss, mostrando un alto grado di precisione in esercizi di convalida e flessibilità nell'ottimizzare le posizioni di bobine di smagnetizzazione.

Gli utenti di Opera possono modificare facilmente modelli creati per la valutazione di segnature magnetiche per consentire la modellazione di sistemi di protezione catodica mediante lo stesso modulo di simulazione di Opera. L'analisi della protezione catodica richiede solo un modello della superficie esterna della nave, che includa anodi a corrente impressa, anodi sacrificali e aree verniciate e non protette.

La post elaborazione dei risultati di Opera consente di interrogare svariati risultati di grande utilità, tra cui:

• Distribuzione del potenziale sulla nave, che mostra l'efficacia di un sistema di protezione catodica

• Distribuzione dei campi elettrici in qualsiasi punto di un volume modellato di mare e fondale marino

• Distribuzione della densità di corrente in qualsiasi punto di un volume modellato di mare e fondale marino

• Campo magnetico generato dalle correnti che scorrono nel mare e sul fondale marino

Opera è un potente pacchetto software per analisi FEA interattive che offre un'accurata modellazione dei campi elettromagnetici per qualsiasi tipo di macchina, inclusi dispositivi con topologie di flusso assiale e a movimento lineare. Sono disponibili risolutori elettromagnetici e altri risolutori fisici, che offrono diversi livelli di complessità di analisi in grado di soddisfare in pieno le esigenze degli utenti. Le opzioni complete di modellazione dei materiali (inclusa magnetizzazione, smagnetizzazione in condizioni di esercizio e modello completo di isteresi vettoriale di materiali) nonché la facilità di definire circuiti di azionamento esterni sono tutte pensate per semplificare la progettazione di macchine. L'ottimizzatore integrato consente di seguire un percorso efficiente dal concept alla creazione di un prodotto competitivo. Machines Environment è uno strumento di sviluppo basato su modelli facile da usare, specificamente ideato per gli ingegneri che progettano macchine elettriche. In base alla complessità e alla simmetria geometrica, gli utenti possono scegliere di usare Opera 2D oppure Opera 3D.

Il risolutore della statica di Opera fornisce una rappresentazione accurata del comportamento elettromagnetico di una macchina. Tale rappresentazione è utile per quei tipi di macchina in cui i campi possono essere considerati "congelati" nel tempo (ad esempio le macchine a corrente continua) o che si muovono alla stessa velocità del rotore (macchine sincrone). Gli utenti possono implementare risolutori dello stato stazionario (corrente alternata che varia nel tempo) per condurre analisi delle macchine che includono campi variabili nel tempo, ad esempio per il confronto di macchine a induzione o coppia e caratterizzazione dello scorrimento.

Utilizzando i risolutori del movimento, gli utenti possono eseguire un'analisi completa delle prestazioni di qualsiasi macchina nel mondo reale, inclusa l'analisi degli effetti di un accoppiamento meccanico. La gamma di risolutori delle perdite di Opera consente agli utenti di valutare le perdite di ferro (inclusi correnti parassite, isteresi e componenti in eccesso/rotanti) per qualsiasi tipo di macchina. La valutazione può essere eseguita utilizzando metodi di post elaborazione o direttamente durante la soluzione dalle curve del produttore. Gli utenti possono calcolare facilmente le perdite di rame dal flusso della corrente in avvolgimenti simulati. Il risolutore di isteresi di Opera dà agli utenti la possibilità di determinare esplicitamente le perdite di isteresi (incluse le perdite dei componenti rotanti e delle correnti parassite). Il valore di una qualsiasi perdita può essere utilizzato come fonte di calore in analisi termiche 2D o 3D.

La suite di software per la simulazione Opera utilizza il metodo degli elementi finiti per simulare il comportamento elettrico, termico e strutturale di dispositivi e sistemi. Opera è uno strumento di prototipazione virtuale che può essere utilizzato per valutare varianti di progetto e ottimizzare e rifinire i progetti con risultati precisi quanto quelli ottenuti con collaudi fisici.

Con Opera, i produttori di sistemi elettrici e dispositivi associati che progettano prodotti che devono soddisfare le esigenze del mondo attuale possono aumentare l'efficienza e ridurre emissioni e impatto ambientale. Opera soddisfa questi requisiti, spesso contrastanti, consentendo di progettare con successo prodotti innovativi e altamente ottimizzati. Il processo di sviluppo tradizionale con iterazioni del progetto e costruzione/collaudo di prototipi fisici è diventato lungo e costoso e per questo oggi sempre più progettisti adottano Opera.

• Valutazione dei dispositivi in 3D mediante simulazione degli elementi finiti

• Rappresentazioni complete di materiali non lineari e localmente ortotropi per studi elettromagnetici e termici

• Collaudo rapido di varianti di progetto

• Collaudo in condizioni reali (vale a dire in tutte le condizioni operative e di guasto)

• Alimentazione e carico inclusi

• Analisi termica e strutturale inclusa

• Integrazione con Opera Optimizer

I risultati standard che è possibile ottenere (a seconda della soluzione eseguita) includono:

• Efficienza

• Induttanze

• Curve di saturazione

• Analisi di cortocircuiti

• Analisi di circuiti aperti

• Test corrente di spunto/carico

• Transitori di accensione

• Perdite (rame, correnti parassite, isteresi)

• Analisi dei campi di dispersione/schermature (EMC/EMI)

• Forze dinamiche su bobine