Авторы: Игнатьева Татьяна Александровна, Федотова Наталья Ивановна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (80) декабрь-2 2014 г.

Дата публикации: 17.12.2014

Статья просмотрена: 316 раз

Библиографическое описание:

Игнатьева Т. А., Федотова Н. И. Использование программного продукта Elcut при решении задач магнитостатики // Молодой ученый. — 2014. — №21. — С. 161-164. — URL https://moluch.ru/archive/80/14322/ (дата обращения: 15.12.2017).

В статье представлена информация об использовании программного продукта Elcut при решении задач магнитостатики, указаны функциональные возможности программного продукта.

Ключевые слова: ELCUT, магнитное поле, информационная система.

 

Для исследования и проектирования различных устройств, как например, соленоиды, электрические машины, магнитные экраны, постоянные магниты, реакторы, и тому подобные, часто применяют данные расчетов магнитного поля.

Обычно при расчетах магнитного поля представляют интерес такие величины, как магнитная индукция, напряженность магнитного поля, магнитные силы и моменты, индуктивность, а также потокосцепления с различными обмотками.

В многообразии программных продуктов, используемых для решения задач магнитостатики, стоит уделить внимание компьютерной программе от российского разработчика Elcut, которая предоставляет возможности моделирования электротехнологических установок.

Пакет ELCUT может применяться для решения линейных и нелинейных задач магнитостатики в плоской и осесимметричной постановке. Используется формулировка задачи относительно векторного магнитного потенциала. При постановке задачи используются следующие возможности:

1.                  Свойства сред: воздух, изотропные и ортотропные материалы с постоянной магнитной проницаемостью, изотропные ферромагнетики, проводники с током, линейные и нелинейные постоянные магниты.

2.                  Источники поля: распределенные и сосредоточенные токи или плотность тока, однородное внешнее поле и постоянные магниты.

3.                  Граничные условия: заданное значение потенциала (условие Дирихле), заданные значения касательной составляющей индукции (условие Неймана), условие постоянства потенциала (нулевого потока) на поверхностях сверхпроводников.

4.                  Результаты расчета: магнитный потенциал, магнитная индукция, напряженность магнитного поля, силы, моменты, энергия магнитного поля, потокосцепления, собственные и взаимные индуктивности.

5.                  Специальные возможности: Интегральный калькулятор может вычислять различные интегральные значения на определенных вами линиях и поверхностях. Магнитные силы могут быть переданы в задачу расчета механических напряжений в элементах конструкции.

Рассмотрим задачу постоянного магнита и применим программу ELCUT для ее решения (Рис.1). Постоянный магнит и стальное ярмо расположены в воздухе. Требуется рассчитать силу ярма при заданных данных: магнитная проницаемость воздуха, стали и магнита соответственно равны 1, 1000 и 1; коэрцитивная сила магнита равна 500000 А.

Рис. 1. Графическое представление задачи

 

При решении задачи использовалась студенческая версия ELCUT.

Чтобы реализовать задачу с помощью программы ELCUT, необходимо пройти следующие этапы:

1.      Создать и описать новую задачу, ввести параметры задачи.

2.      Построить геометрию модели задачи.

3.      Задать физические свойства материалов.

4.      Решить задачу и проанализировать полученные результаты.

Тип задачи, единицы длины и класс модели — все это составляющие описания задачи (см. Рис. 2).

Создание модели осуществляется путем ввода геометрических объектов и манипулирования ими. Основными типами геометрических объектов модели являются вершина, ребро и блок. Для данной задачи геометрия модели показана на рисунке 3.

Рис .2. Описание задачи

 

Рис. 3. Геометрическая модель

 

Далее происходит построение сетки конечных элементов во всех блоках, входящих в расчетную область.

Следующим этапом при решении задачи будет необходимо описать свойства сред, указать источники поля и определить граничные условия. Связь физических свойств с геометрическими объектами устанавливается путем присвоения меток геометрическим объектам при редактировании модели. Метки блоков описывают свойства материалов и нагрузок в подобластях модели, метки ребер описывают граничные условия на внешних поверхностях модели, метки вершин описывают точечные источники поля и условия закрепления (граничные условия), приложенные к определенным точкам в модели.

В данной задаче создаются блоки: воздух, магнит S, магнит N, сталь, а также ребро «нулевое поле». Основными величинами свойств для элементов магнитостатического поля являются магнитная проницаемость, коэрцитивная сила магнита и источники поля. На рисунке 4 представлен фрагмент задания свойств для материала «магнит».

Рис. 4. Задание свойств для меток

 

Результат решения программный пакет Elcut представляет в виде картины поля (см. Рис.5).

Рис. 5. Картина поля

 

Для вычисления силы, действующей на стальное ярмо, необходимо вокруг него создать контур (см. Рис. 6).

С помощью интегрального калькулятора производится расчет силы, действующей на ярмо (см. Рис. 6).

Рис. 6. Картина поля и результаты решения задачи

 

Задача была решена в студенческой версии программного пакета Elcut. Данная версия ограничена в количестве узлов при построении сетки конечных элементов.

Дружественный пользовательский интерфейс Elcut, простота описания даже самых сложных моделей, широкие аналитические возможности комплекса и высокая степень автоматизации всех операций позволяют разработчику полностью сосредоточиться на своей задаче. Elcut можно использовать для инженерного моделирования электромагнитных, тепловых и механических задач методом конечных элементов. Будет не лишним пакет ELCUT и на занятиях по информационным системам и технологиям в профессиональной деятельности для технических специальностей.

 

Литература:

 

1.      Elcut. Моделирование электромагнитных, тепловых и упругих полей методом конечных элементов. Руководство пользователя. Санкт-Петербург. ООО «Тор», 2013.

2.      Официальный сайт Elcut. Магнитостатика. http://elcut.ru/dcmag_r.htm.

Основные термины (генерируются автоматически): магнитного поля, задач магнитостатики, напряженность магнитного поля, решении задач магнитостатики, решении задачи, программного продукта, программного продукта elcut, Картина поля, расчетах магнитного поля, расчетов магнитного поля, источники поля, коэрцитивная сила магнита, граничные условия, энергия магнитного поля, сетки конечных элементов, магнитная индукция, геометрию модели задачи, магнитная проницаемость, задачи геометрия модели, магнита и источники поля.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос