Области применения

Модуль Charged Particle рассчитывает взаимодействие заряженных частиц в электростатических и магнитостатических полях. В нем используется метод конечных элементов для решения уравнений Максвелла в стабильном состоянии в дискретизированной модели. Этот модуль предоставляет автономное решение, включающее эффекты пространственного заряда, собственного магнитного поля и релятивистских движений.

В модуль входит полный набор моделей излучателей, включая термионное излучение и эффект полевого излучения от поверхностей, вторичное излучение от поверхностей и в пределах объемов (используется для моделирования ионизации газа), а также модели для ненамагниченной и намагниченной плазмы.

Можно включить несколько видов заряженных частиц, каждый из которых имеет определенный пользователем заряд и массу. Излучение поля по сравнению с тепловым излучением может быть более привлекательным механизмом извлечения электронов из катодов, так как электроны излучаются при комнатной температуре (холодный катод) квантовым механическим эффектом поля, который требует меньшей электрической мощности. Все более популярными становятся карбоновые излучатели на основе нанотрубок, размер которых позволяет использовать их в более компактных устройствах.

Благодаря своей стабильной точности, простоте использования и возможности регулярно обрабатывать большие и сложные модели решение Opera завоевало репутацию самого популярного инструмента проектирования FEA для любых типов магнитов.

Opera широко используется в научном сообществе для разработки магнитов, используемых в ускорителях частиц, ионно-лучевых устройствах, аппаратах МРТ/ЯМР и разных других магнитных устройствах. Это специализированное программное обеспечение совершенствовалось в течение многих лет, и сегодня оно обеспечивает комплексную мультифизическую симуляцию, позволяющую исследовать термические явления и напряжение в дополнение к электромагнетизму.

Данное программное обеспечение также позволяет отслеживать заряженные частицы через электромагнитные поля. В сфере МРТ/ЯМР действуют особенно жесткие требования, поскольку в зоне визуализации должна быть очень высокая точность поля. Программный пакет Opera разработан с учетом этих требований, поэтому многие ведущие производители оборудования МРТ/ЯМР используют Opera для разработки сверхпроводящих магнитов, симуляции гашения магнита и проектирования экранирования магнита. На сегодняшний день это программное обеспечение позволяет выполнять комплексную мультифизическую симуляцию для исследования термических явлений и напряжения в дополнение к электромагнетизму.

Стандартные результаты (в зависимости от выполненного решения) включают следующее:

• Распределение полей

• Однородность поля и градиенты

• Коэффициенты анализа Фурье

• Связанные полиномиальные коэффициенты Лежандра

• Пиковые поля на катушках

• Рассеянное поле/эффективность экранирования (ЭМС/ЭМП)

• Траектории пучка частиц

• Динамические характеристики импульсных магнитов

• Силы и потери в обмотке, отклоняющих катушках и экранировании

• Отклонение и напряжение вследствие механической нагрузки

• Предварительное напряжение при охлаждении

• Распространение гашения

• Характеристики цепи защиты

• Напряжение между витками или между слоями

• Собственные частоты и коэффициенты Q

Ионное распыление широко используется в производстве тонких пленок для различных целей: от декоративных покрытий и покрытий с низкой излучаемостью на стекле до инженерных покрытий изделий, используемых в сложных условиях. Оптимизация свойств осажденной пленки и использование цели ионного распыления имеют решающее значение для характеристик конечного изделия и экономичности процесса. Opera сочетает в себе точный анализ методом конечных элементов с подробными моделями плазменной обработки, ионного распыления и осаждения пленки, предоставляя первые практические инструменты для проектирования и оптимизации магнетронов.

Проектировщики магнетронов и устройств ионного распыления впервые получили по-настоящему эффективный инструмент проектирования и симуляции. Такие инструменты зарекомендовали себя во многих областях проектирования и разработки благодаря повышению производительности, сокращению затрат и сроков разработки. Кроме того, они упрощают внедрение инноваций для получения конкурентного преимущества.

Функции симуляции Opera, имеющие особое значение для разработчиков магнетронов, включают в себя следующее:

• Полный анализ и проектирование системы в 3D с использованием расширенной симуляции конечных элементов

• Расчет магнитного поля во время симуляции

• Включение рассеянных полей от смежных магнетронов в грунтовальных машинах с несколькими магнетронами

• Автономное моделирование заряженных частиц, включая пространственный заряд и релятивистские эффекты

• Быстрый анализ вариантов проекта

• Оптимизация с использованием нескольких переменных и целей

С помощью Opera проектировщики могут прогнозировать и оптимизировать следующее:

• Профили эрозионной канавки

• Использование цели

• Профили покрытия субстрата

• Динамика покрытия — характеристики и качество

Современная система электромагнитной симуляции Opera стала незаменимым помощником инженеров и проектировщиков в различных сферах морского строительства — от разработки усовершенствованных моделей электромагнитных сигнатур и систем катодной защиты до решения проблем, связанных с инверсными электромагнитными датчиками.

Снижение сигнатур электрического и магнитного поля — важный этап проектирования военного судна. Opera уже много лет широко используется в качестве инструмента симуляции для анализа неразмагниченных и размагниченных сигнатур, демонстрируя высокий уровень точности в испытаниях и гибкость в оптимизации положения размагничивающих катушек.

Пользователи Opera могут легко изменять модели, созданные для анализа магнитных сигнатур, что позволяет моделировать системы катодной защиты с помощью того же модуля симуляции Opera. Для анализа катодной защиты требуется только модель наружной поверхности судна, включая анодную защиту наложенным током, протекторные аноды, а также окрашенные и незащищенные участки.

Последующая обработка результатов Opera позволяет получить множество полезных данных, в том числе:

• Распределение потенциалов на судне, показывающее эффективность системы CP.

• Распределение электрических полей в любом месте смоделированного объема моря и морского дна.

• Распределение плотности тока в любом месте смоделированного объема моря и морского дна.

• Результирующее магнитное поле, создаваемое токами в море и на морском дне.

Opera — это многофункциональный интерактивный программный пакет для анализа методом конечных элементов, предназначенный для точного моделирования электромагнитных полей всех типов оборудования, включая топологии аксиального потока и устройства линейного перемещения. Электромагнитные и другие физические решающие программы, обеспечивающие различные уровни сложности анализа, предлагают пользователям лучшие инструменты в соответствии с их требованиями. Комплексные возможности моделирования материалов (включая намагничивание, размагничивание при эксплуатации и полномасштабную векторную гистерезисную модель материала), а также быстрое определение внешних приводных цепей значительно упрощают проектирование машин. Интегрированный оптимизатор обеспечивает быстрый переход от концепции к конкурентоспособному изделию. Среда машин — это простой в использовании инструмент разработки на основе шаблонов, адаптированный для инженеров-электриков. В зависимости от геометрической сложности и симметрии можно использовать Opera 2D или Opera 3D.

Статическая решающая программа Opera обеспечивает точное представление электромагнитного поведения машины. Это полезно при проектировании некоторых типов машин, в которых поля могут считаться "замороженными" во времени (например, в машинах с постоянным током) или движущимися с той же скоростью, что и ротор (синхронные машины). Пользователи могут применять решающие программы стабильного состояния (изменение переменного тока во времени) для анализа машин, которые включают в себя поля, изменяющиеся во времени. В качестве примера можно привести индукционную машину или сравнение крутящего момента с характеристикой скольжения.

С помощью решающих программ движения можно полностью проанализировать фактическую производительность любой машины. Сюда также относится анализ влияния механического соединения. Opera включает целый ряд решающих программ для расчета потерь, позволяющих вычислять потери в железе (включая вихревой ток, гистерезис и избыточные/вращательные компоненты) для любого типа машин. Это можно сделать с помощью методов последующей обработки или непосредственно в процессе решения на основе кривых производителя. Пользователи могут рассчитывать потери в меди просто по току, протекающему в моделируемых обмотках. Решающая программа гистерезиса Opera дает пользователям возможность явным образом получить потери на гистерезис (включая потери во вращательных компонентах и потери в вихревых токах). Любое количественное значение потерь можно использовать в качестве источника тепла в двухмерном или трехмерном термическом анализе.

Пакет симуляции Opera использует метод конечных элементов для симуляции электрического, термического и структурного поведения устройств и систем. Opera — это инструмент для создания виртуальных прототипов, который можно использовать для изучения вариантов, оптимизации и улучшения проектов. Результаты тестирования могут быть такими же точными, как физические испытания.

С помощью Opera производители энергетических систем и связанных с ними устройств, проектирующие изделия в соответствии с современными требованиями, могут повысить эффективность продукции, сделать изделия более компактными и снизить воздействие на окружающую среду. Opera отвечает этим часто противоречащим друг другу требованиям, обеспечивая успешную разработку инновационных и оптимизированных изделий. Традиционный процесс разработки итераций проектирования и создания/тестирования физических прототипов становится все более трудоемким и дорогостоящим, поэтому проектировщики все чаще обращаются к Opera.

• Анализ устройств в 3D с использованием расширенной симуляции конечных элементов

• Полное нелинейное и локальное представление ортотропных материалов для моделирования электромагнетизма и термического моделирования

• Быстрое тестирование вариантов проекта

• Тестирование в реальных условиях (т. е. во всех режимах работы и в условиях неисправности)

• Включение источника питания и нагрузки

• Включение термического и структурного анализа

• Интеграция с Opera Optimizer

Стандартные результаты (в зависимости от выполненного решения) включают следующее:

• Эффективность

• Индуктивность

• Кривые насыщения

• Анализ короткого замыкания

• Анализ обрыва цепи

• Проверка броска пускового тока/нагрузки

• Включение переходных состояний процессов

• Потери: медь, вихревой ток, гистерезис

• Анализ рассеянного поля/экранирования (ЭМС/ЭМП)

• Динамические силы на катушках