Soluzioni

Largamente impiegato in applicazioni scientifiche e tecniche, il modulo Static calcola campi magnetostatici ed elettrostatici. Il modulo utilizza il metodo FEA per risolvere equazioni di Maxwell nel caso statico in un modello discretizzato. Per la magnetostatica 3D, gli algoritmi utilizzati nel modulo Static considerano automaticamente i volumi presenti nel modello che contengono sorgenti magnetiche in modo diverso dai volumi privi di sorgenti. Questo metodo è estremamente efficace poiché consente al modulo di evitare errori di cancellazione che potrebbero verificarsi utilizzando altri metodi di risoluzione. Il risultato è che la precisione della soluzione è spesso molto più elevata di quella prevista eseguendo un'analisi FEA. In questo modulo gli utenti possono specificare le proprietà magnetiche dei materiali come lineari, non lineari, isotropiche, anisotropiche, laminate o a magnetizzazione permanente. In 3D, gli utenti possono simulare bobine/solenoidi con estrema precisione utilizzando un metodo proprietario di Opera che sfrutta l'integrale di Biot-Savart per calcolare i campi magnetici da bobine. Opera-3d include un'utile libreria che semplifica la definizione di forme standard, ad esempio solenoidi e circuiti, e offre agli utenti la possibilità di creare bobine di qualsiasi topologia. Utilizzando l'opzione "dielettrico dissipativo" gli utenti possono simulare campi elettrici generati dalla carica di dielettrici a bassa conduttività.

Il modulo Dynamic Electromagnetic può essere utilizzato per calcolare i campi elettromagnetici variabili nel tempo e il flusso di correnti parassite in dispositivi e sistemi elettromagnetici. Il calcolo include le correnti parassite indotte da semplici conduttori in movimento, vale a dire in cui il movimento non modifica la geometria (ad esempio dischi rotanti o un tubo infinito con sezione trasversale costante).
Esistono tre diversi tipi di soluzione dinamica disponibili, ognuno con una diversa forma di variazione nel tempo:

• La soluzione armonica calcola le correnti alternate nello stato stazionario in cui tutti i campi e i potenziali oscillano alla stessa frequenza
• La soluzione transitoria calcola le correnti parassite indotte dai campi di correnti di pilotaggio, condizioni al contorno e campi esterni che variano nel tempo in modo predeterminato
• La soluzione a velocità fissa calcola le correnti parassite indotte da movimento che non modificano la geometria del modello. I campi della sorgente e le condizioni di azionamento non cambiano nel tempo

Il modulo Electromagnetic Motional calcola i campi variabili nel tempo e le correnti parassite in dispositivi con movimento rotatorio o lineare che causano un re-meshing durante la soluzione. Parti della geometria, e quindi la mesh a elementi finiti, possono essere utilizzate per spostamenti indipendenti a velocità controllate dall'utente o calcolate nel corso dell'analisi. L'analisi è di tipo transitorio, con le correnti parassite che vengono indotte in mezzi conduttori sia tramite gli effetti dei campi magnetici in movimento che attraverso la variazione nel tempo delle sorgenti del modello.
Questo modulo è stato progettato per includere la modellazione dinamica di tutti i tipi di macchine elettriche, ad esempio macchine a magneti permanenti, a induzione, a riluttanza commutata, sincrone e a riluttanza sincrona. Il modulo può essere utilizzato per analizzare gli effetti della commutazione, le risposte transitorie e le prestazioni nello stato stazionario e gli effetti locali non bilanciati.
È possibile inoltre calcolare le perdite di correnti parassite in tutti i materiali, inclusi i magneti permanenti. Tra i calcoli che è possibile eseguire vi è quello dell'azionamento elettrico in condizioni normali e di guasto e di un carico meccanico dinamico. A ciascun incremento temporale il modulo calcola la forza elettromagnetica sulle parti in movimento (rotazione o traslazione) e applica un movimento progressivo seguito da un nuovo calcolo dei campi elettromagnetici.

Questo modulo consente inoltre di analizzare il quench di magneti superconduttori. Il modulo Quench di Opera utilizza l'aumento della temperatura di un magnete superconduttore durante un quench, inclusa la transizione alla condizione resistiva durante la propagazione del quench all'interno del magnete. Il calore che attiva un evento di quench può provenire da fonti di diverso tipo. In un sistema CC è di solito generato da un guasto al sistema criogenico, che causa un repentino aumento della temperatura del sistema; in altri casi può essere deliberatamente provocato durante l'esecuzione di test. In una simulazione, è possibile includere questo calore come proprietà della superficie o del volume o attraverso perdite dovute alla velocità, ohmiche o di isteresi nei materiali causate dal flusso di corrente o di campi al loro interno. In questo esempio, si ha un'anisotropia significativa nelle proprietà del materiale poiché la conduttività termica è dominante lungo la direzione di avvolgimento e richiede tecniche di modellazione specifiche per valutare efficienza e precisione.
Il modulo di quench utilizza tecniche a elementi finiti avanzate per modellare il comportamento transitorio altamente non lineare di un magnete durante un quench. Utilizzando un algoritmo che accoppia la soluzione elettromagnetica alla soluzione termica e del circuito (per calcolare le correnti nelle bobine), è possibile analizzare l'intero processo di quench.

Il modulo Thermal Analysis calcola lo stato stazionario o la temperatura transitoria, il flusso di calore e i campi del gradiente termico generati dal riscaldamento elettromagnetico o da fonti di calore esterne. È possibile specificare proprietà termiche come tensore di conducibilità o calore specifico e densità della fonte di calore in funzione di una posizione dipendenti dalla temperatura (generando un'analisi non lineare).
Il modulo termico può essere utilizzato in modalità standalone, in cui è l'utente a definire la distribuzione dell'apporto termico, oppure in una simulazione multifisica con altri moduli risolutore di Opera che forniscono la distribuzione del calore. È possibile includere più fonti di calore (ad esempio riscaldamento da correnti parassite e perdite di ferro in un motore) in un unico calcolo. Il modulo termico calcola la distribuzione della temperatura nel modello, che può modificare la soluzione elettromagnetica (se le proprietà del materiale dipendono dalla temperatura). La deformazione indotta dall'espansione termica può essere analizzata con il modulo Stress Analysis. La deformazione causata può essere utilizzata in successive simulazioni termiche ed elettromagnetiche.
Il risolutore della deformazione può risolvere deformazioni statiche lineari in due o tre dimensioni. I risultati includono deformazioni e sollecitazioni. In 3D, il risolutore della deformazione può essere utilizzato anche per calcolare le modalità naturali della struttura, vale a dire i valori e i vettori eigen.

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.
Il modulo Charged Particle può essere utilizzato per analisi multifisica, ad esempio per individuare dove il fascio di particelle genera calore.