Решения

Модуль Static Module, широко используемый в научных и инженерных системах, вычисляет магнитостатические и электростатические поля. Для решения уравнений Максвелла в статических сценариях с дискретизированной моделью используется метод FEA. Во время анализа магнитостатики в 3D алгоритмы модуля Static Module автоматически обрабатывают объемы модели, содержащие источники магнитных полей. Эти объемы обрабатываются иначе, чем объемы без источников Благодаря этому мощному методу модуль успешно избегает ошибок отмены, которые могут возникнуть при использовании альтернативных методов решения. В результате точность решения часто намного выше, чем ожидается от анализа конечных элементов. В этом модуле пользователи могут указать свойства магнитного материала: линейный, нелинейный, изотропный, анизотропный, ламинированный или постоянный магнит. В 3D пользователи могут моделировать катушки/соленоиды с исключительной точностью с помощью собственного метода Opera, который использует интеграл Био-Савара для расчета магнитных полей на основе катушек. Opera-3d содержит полезную библиотеку для быстрого определения стандартных форм, таких как соленоиды и траектории частиц, а также обеспечивает гибкость при создании катушек любой топологии. С помощью функции "Диэлектрик с потерями" пользователи могут симулировать электрические поля, возникающие в результате зарядки диэлектриков с низкой проводимостью.

Модуль Dynamic Electromagnetic Module можно использовать для расчета изменяющихся во времени электромагнитных полей и вихревых токов в электромагнитных устройствах и системах. Сюда относятся вихревые токи, индуцированные простыми движущимися проводниками, т. е. когда движение не изменяет геометрию (например, вращающийся диск или бесконечная труба с постоянным поперечным сечением).
Существует три различных типа динамических решений, каждый из которых имеет свою форму изменения времени:

• Гармонический тип рассчитывает переменный ток в стабильном состоянии, когда все поля и потенциалы осциллируют с одинаковой частотой.
• Переходный тип рассчитывает переходные вихревые токи, индуцируемые полями управляющих токов, граничными условиями и внешними полями, которые изменяются во времени заранее определенным образом.
• Тип "Фиксированная скорость" вычисляет вихревые токи, индуцированные движением, которое не изменяет геометрию модели. Исходные поля и управляющие условия всегда инвариантны.

Модуль Electromagnetic Motional Module вычисляет изменяющиеся во времени поля и вихревые токи в устройствах с вращательным или линейным движением, вызывающим перестроение сетки. Части геометрии и, следовательно, сетка конечных элементов, могут перемещаться независимо друг от друга со скоростью, контролируемой пользователем, или вычисляться по мере выполнения анализа. Это переходный анализ, при котором вихревые токи индуцируются в проводящей среде под воздействием как движущихся магнитных полей, так и временных вариаций источников модели.
Данный модуль разработан для динамического моделирования всех типов электрических машин, например постоянных магнитов (PM), индукции, с регулируемым сопротивлением, синхронных с синхронным сопротивлением. Его можно использовать для изучения эффектов коммутации, переходных реакций, а также производительности в стабильном состоянии и несбалансированных локальных эффектов.
Кроме того, можно рассчитать потери вихревого тока во всех материалах, включая постоянные магниты. Расчеты могут включать электрический привод в нормальных условиях и условиях неисправности, а также динамическую механическую нагрузку. На каждом временном шаге модуль рассчитывает электромагнитную силу на движущихся частях (вращение или перемещение) и применяет инкрементное перемещение, за которым следует перерасчет электромагнитных полей.

С помощью этого модуля можно проанализировать гашение сверхпроводящих магнитов. В модуле гашения магнитного поля Opera используется повышение температуры сверхпроводящего магнита во время гашения, включая переход к сопротивлению при прохождении гашения через магнит. Тепло, вызывающее гашение, может исходить из различных источников. В системе постоянного тока это обычно происходит из-за неисправности криогенной системы, слишком быстрого линейного изменения системы или намеренного выполнения тестовых сценариев. При симуляции это тепло можно включить в качестве свойства поверхности или объема, а также с помощью потерь, зависящих от скорости, омических потерь или потерь гистерезиса, возникающих в материалах из-за прохождения тока или полей. В данном случае в свойствах материала присутствует значительная анизотропия, поскольку теплопроводность преобладает вдоль направления обмотки. В таких случаях требуются специальные методы моделирования для достижения эффективности и точности.
В модуле гашения магнитного поля используются передовые методы конечных элементов для моделирования нелинейного переходного состояния магнита во время гашения. С помощью алгоритма, который соединяет электромагнитное решение с тепловыми и электрическими решениями (для определения токов в катушках), можно проанализировать весь процесс гашения магнитного поля.

Модуль Thermal Analysis вычисляет устойчивое состояние или переходное значение температуры, тепловой поток и поля теплового градиента, возникающие из-за электромагнитного нагрева или внешних источников тепла. Термические свойства, такие как тензор удельной проводимости или удельная теплоемкость, а также плотность источника тепла могут определяться как функция положения и могут зависеть от температуры (что приводит к нелинейному анализу).
Термический модуль можно использовать в автономном режиме, когда пользователь определяет распределение тепла на входе, или в мультифизической симуляции с другими модулями решения Opera, определяющими распределение тепла. В один расчет можно включить несколько источников тепла (например, нагрев вихревыми токами и потери в железе двигателя). Термический модуль рассчитывает распределение температуры в модели, и это может изменить электромагнитное решение (если свойства материала зависят от температуры). Напряжение, индуцированное тепловым расширением, можно проанализировать с помощью модуля анализа напряжений. Возникшую деформацию можно использовать в последующей термической и электромагнитной симуляции.
Решающая программа напряжений позволяет решать задачи линейных статических напряжений в двух или трех измерениях. Результаты включают деформации, натяжения и напряжения. В трех измерениях решающая программа напряжений также может использоваться для расчета собственных частот конструкции, т. е. собственных значений и собственных векторов.

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.
Модуль Charged Particle можно использовать для мультифизического анализа, например в случаях, когда пучок частиц выделяет тепло.