Novità COMSOL Multiphysics^® versione 6.2

Aggiornamenti AC/DC Module

Per gli utenti dell'AC/DC Module, COMSOL Multiphysics^® introduce una nuova interfaccia Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic, nuovi accoppiamenti per la modellazione di motori e generatori elettrici e funzioni per definire facilmente modelli con liquidi, gas e oggetti solidi in movimento. Per approfondire gli aggiornamenti, continuate a leggere.

Nuovo risolutore veloce per le macchine elettriche

Per i problemi non lineari tempo-periodici, è ora possibile risolvere le condizioni di stato stazionario direttamente utilizzando la nuova interfaccia Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic. Ciò si ottiene imponendo la periodicità nella dimensione temporale e risolvendo per tutti i fotogrammi in una sola volta con un solutore stazionario. Questo approccio consente di risparmiare una notevole quantità di tempo di calcolo, poiché l'alternativa sarebbe quella di eseguire un problema dipendente dal tempo fino al raggiungimento dello stato stazionario periodico. Inoltre, questo approccio consente di accedere direttamente al contenuto del dominio della frequenza (armoniche di ordine superiore), da utilizzare in contesti multifisici avanzati. Casi d'uso tipici sono gli studi sui motori e sui trasformatori, dove la dispersione delle lamiere e le forze elettromagnetiche sono accoppiate al trasferimento di calore, alla meccanica strutturale e alla pressione acustica, con particolare attenzione agli studi parametrici di sweep e di ottimizzazione. Potete visualizzare questa nuova interfaccia nei tutorial Permanent Magnet Motor with Campbell Diagram e Permanent Magnet Motor Efficiency Map.

Impostazioni dell'interfaccia Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic esemplificate su una macchina sincrona a magneti permanenti.

Supporto della periodicità per Single Conductor Coil e Multiturn Coil

Per le bobine e i conduttori generici (a trefoli o solidi), è ora disponibile un vero supporto alla periodicità in 3D. La sottofunzione Geometry Analysis utilizzata per il dominio Coil nell'interfaccia Magnetic Fields, nell'interfaccia Magnetic and Electric Fields e nell'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic è stata dotata di una sottofunzione Periodic Boundaries che viene utilizzata insieme alla funzione Periodic Condition. Ciò è particolarmente utile per i modelli di macchine elettriche che presentano una forma di simmetria settoriale, come mostrato nella Motor Tutorial Series.

Nuove interfacce multifisiche e accoppiamenti multifisici per motori e generatori

La nuova interfaccia multifisica Magnetic-Elastic Interaction in Rotating Machinery combina un'interfaccia Solid Mechanics con un'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic, utilizzando l'accoppiamento multifisico Magnetic Forces, Rotating Machinery. Questo accoppiamento multifisico collega la fisica strutturale ed elettromagnetica a livello di dominio. Aggiunge il carico causato dalle sollecitazioni di Maxwell su una struttura deformabile e rotante. Si noti che questa interfaccia multifisica richiede lo Structural Mechanics Module.

L'interfaccia multifisica Magnetic-Rigid Body Interaction in Rotating Machinery combina un'interfaccia Multibody Dynamics con un'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic attraverso lo stesso accoppiamento multifisico Magnetic Forces, Rotating Machinery. In questo caso, l'accoppiamento multifisico calcola come le deformazioni e le sollecitazioni originate dalle forze del traferro si distribuiscono nello statore e nel rotore. Alcune applicazioni sono i cuscinetti magnetici e i motori con rotori sbilanciati. Si noti che questa interfaccia multifisica richiede il Multibody Dynamics Module.

Queste novità sono visibili nei tutorial Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor e Magnetic-Structure Interaction in a Permanent Magnet Motor.

L'accoppiamento tra l'interfaccia Solid Mechanics e l'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic per l'esecuzione di un'analisi elettromagnetica e meccanica di un motore a magneti permanenti interni (IPM).

Accoppiamenti multifisici di magnetomeccanica ristrutturati

Gli accoppiamenti multifisici Magnetic Forces, Lorentz Coupling e Magnetomechanical Forces sono stati deprecati e sostituiti da un unico accoppiamento multifisico chiamato Magnetomechanics. Questo accoppiamento può essere utilizzato per combinare l'interfaccia Solid Mechanics con l'interfaccia Magnetic Fields o con l'interfaccia Magnetic Fields, No Currents. Se viene utilizzato per accoppiare un'interfaccia Solid Mechanics con una Magnetic Fields, No Currents, l'accoppiamento diventa equivalente al precedente accoppiamento Magnetic Forces. Se viene utilizzato per accoppiare un'interfaccia Solid Mechanics con un'interfaccia Magnetic Fields, una casella di controllo consente all'utente di scegliere tra opzioni equivalenti ai precedenti accoppiamenti Lorentz Coupling e Magnetomechanical Forces. Il nuovo accoppiamento multifisico Magnetomechanics richiede il MEMS Module, lo Structural Mechanics Module o l'Acoustics Module.

Gestione migliorata di solidi e liquidi per l'interfaccia Magnetic Fields

Le nuove funzioni predefinite Ampère's Law in Solids e Ampère's Law in Fluids dell'interfaccia Magnetic Fields rendono più semplice la costruzione di modelli con materiali in movimento. Queste funzioni offrono un'implementazione più facile da usare che aiuta a garantire l'uso degli opportuni frame di riferimento delle coordinate per i liquidi, i gas e il vuoto, da un lato, e per gli oggetti solidi, dall'altro. Inoltre, le funzioni consentono una configurazione più intuitiva degli accoppiamenti multifisici: la funzione Ampère's Law in Fluids consente di effettuare accoppiamenti con la magnetoidrodinamica o la fisica del plasma, ad esempio, e la funzione Ampère's Law in Solids consente di effettuare accoppiamenti magnetomeccanici. Queste nuove funzioni sono disponibili nei tutorial Hartmann Boundary Layer e E-Core Transformer.

Caratteristica Free Space per l'interfaccia Magnetic Fields

All'interfaccia Magnetic Fields è stata aggiunta una nuova funzionalità predefinita, Free Space. Viene utilizzata per specificare le condizioni fisiche in prossimità del dispositivo modellato, in genere in aria o nel vuoto. La funzione fornisce un punto di partenza al quale possono essere aggiunte altre funzioni (come Ampère Law in Solids o Fluids) per specificare localmente le proprietà dei materiali e le forme di eccitazione. La funzione Free Space è dotata dell'opzione Stabilization integrata. Questa opzione aggiunge un termine di conduttività artificiale in modo che la profondità della pelle nello spazio libero sia di un ordine di grandezza superiore a quella del dispositivo modellato alla sua frequenza operativa tipica; si presume che una conduttività piccola che risulta in una profondità della pelle così ampia abbia un impatto minimo o nullo sulla precisione dei risultati, ma la sua presenza migliora l'affidabilità e la velocità del solutore. È disponibile anche un'opzione definita dall'utente per calibrare manualmente la stabilizzazione. I tutorial Submarine Cable 8 - Inductive Effects 3D e Multiturn Coil Above an Asymmetric Conductor Plate mostrano questa nuova aggiunta.

La funzionalità predefinita Free Space con l'opzione Stabilization, dimostrata per il modello di un trasformatore di potenza trifase.

Supporto del filo di Litz per il dominio Multiturn Coil

La sezione Wire Properties della bobina Homogenized Multiturn Conducutor è stata ampliata per supportare diverse opzioni tipicamente utilizzate per la modellazione dei fili litz. Tra queste, la possibilità di specificare la resistenza (CA) per unità di lunghezza - ricavata da un modello analitico definito dall'utente, da misure o da un foglio di specifiche fornito dal fornitore - e la possibilità di specificare la resistenza effettiva totale. Queste opzioni consentono di semplificare il flusso di lavoro nella modellazione di conduttori a trefoli che operano in condizioni non ideali, come i conduttori Milliken con resistenza di contatto interna e i fili litz (e le bobine) che operano a frequenze più elevate.

La resistenza del filo della bobina per unità di lunghezza, utilizzata per specificare le proprietà di un conduttore Milliken (uno dei conduttori d'anima di un cavo sottomarino trifase).

Funzione Periodic Pair estesa all'assialsimmetria 2D

L'interfaccia Magnetic Fields supporta ora la funzione Periodic Pair per la modellazione di macchine magnetiche lineari in assialsimmetria 2D (precedentemente disponibile solo in 2D planare). Ciò consente di modellare macchinari a simmetria rotazionale (tubolari) in 2D. La funzione di coppia periodica collega la fisica su entrambi i lati delle mesh scorrevoli, dove la periodicità è nella direzione del movimento. Un caso tipico di utilizzo della coppia periodica è il modello Linear Motor in 2D.

Supporto migliorato per i risolutori iterativi e gli assiemi CAD

Per le funzioni di coppia Continuity e Sector Symmetry nell'interfaccia Electric Currents, nell'interfaccia Magnetic Fields, No Currents e nell'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic, è disponibile una nuova opzione di vincolo per il grado di libertà del potenziale scalare denominata Nitsche constraints. Questi vincoli non richiedono mesh conformi e non necessitano nemmeno di un moltiplicatore di Lagrange, semplificando la sequenza di mesh e consentendo una più ampia gamma di opzioni per il solutore.

L'opzione Nitsche constraints utilizzata per collegare i layer di un PCB, dove ogni layer utilizza una mesh separata. (Si noti che la vista è allungata in direzione verticale).

Eccitazione di tensione per Terminated Terminal

La funzione Terminal nell'interfaccia Electrostatics, nell'interfaccia Electric Currents e nell'interfaccia Magnetic and Electric Fields è dotata dell'opzione Terminated. Questa opzione consente di collegare il terminale a un'impedenza che potrebbe rappresentare un carico o una linea di trasmissione. L'opzione Terminated è stata ora estesa per supportare l'eccitazione di tensione. Ciò è adatto alla modellazione di vari dispositivi MEMS piezoelettrici ad alta frequenza.

Il morsetto terminato alimentato in tensione, utilizzato per la modellazione di un condensatore interdigitato.

Modello di dispersione Debye per le correnti elettriche

Nell'interfaccia Electric Currents sono stati introdotti modelli di polarizzazione dispersiva. Questi modelli descrivono gli effetti transitori nei dielettrici debolmente conduttori. Nella sezione Current Conservation, quando il tipo di materiale è impostato su Solid, è ora possibile utilizzare il modello di materiale dielettrico Dispersion. Nel sottonodo Dispersion sono disponibili i modelli di dispersione Debye o Multipole Debye. Questi modelli possono essere utilizzati, ad esempio, nei modelli di riscaldamento elettromagnetico (EM) per la bioelettromagnetica e la modellazione dei tessuti e sono disponibili per l'analisi nel dominio della frequenza e in funzione del tempo.

Il modello di dispersione Multipole Debye viene utilizzato per modellare le proprietà dielettriche dei materiali in funzione della frequenza.

Funzione Piezoelectric Material, Layered nell'interfaccia Shell

Analogamente alla funzione Piezoelectric Material disponibile nell'interfaccia Layered Shell nelle versioni precedenti, nell'interfaccia Shell è stata aggiunta la funzione Piezoelectric Material, Layered. Questa aggiunta consente di risparmiare tempo di assemblaggio e di calcolo quando si risolvono compositi piezoelettrici sottili con l'interfaccia Shell. Si noti che questa funzione richiede lo Structural Mechanics Module.

Potenziale flottante per shell conduttivo e shell piezoresistivo

Per l'interfaccia Electric Currents in Shells e l'interfaccia Electric Currents in Layered Shells, alle funzioni Conductive Shell e Piezoresistive Shell è stata aggiunta una nuova sottofunzione Floating Potential. Il nodo Floating Potential viene utilizzato quando si modella un elettrodo metallico a potenziale flottante. Si noti che la funzione Piezoresistive Shell richiede il MEMS Module.

Funzione del campo di fondo per l'interfaccia Magnetic and Electric Fields

All'interfaccia Magnetic and Electric Fields è stata aggiunta una nuova funzionalità, Background Magnetic Flux Density. Si tratta di un modo pratico per aggiungere un campo di fondo quando si modellano, ad esempio, i metalli liquidi. Questa nuova funzione è visibile nel tutorial Hartmann Flow in Liquid Metal Blanket with Heat Transfer.

La funzione Background Magnetic Flux Density, utilizzata nella modellazione magnetoidrodinamica (MHD).

Tutorial e parti di geometria nuovi e aggiornati

La versione 6.2 di COMSOL Multiphysics^® introduce nell'AC/DC Module diversi tutorial e parti geometriche nuovi e aggiornati.

Motor Tutorial Series

Questa serie di modelli mostra come eseguire la modellazione avanzata di macchine elettriche con COMSOL Multiphysics^®, in 2D, 2.5D e 3D completo, con effetti finali inclusi. Studia le prestazioni di un motore sincrono a magneti permanenti (spesso utilizzato nei moderni veicoli elettrici).

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Motor Tutorial Series, Geometry Parts

Queste parti della geometria fanno parte della serie di tutorial sui motori. Per impostazione predefinita, la geometria presenta otto poli del rotore con magneti segmentati incorporati in una configurazione a V. Sono supportate varie combinazioni di rotori diritti o inclinati a gradino, insieme a statori diritti o inclinati. Lo statore ha 48 slot con un avvolgimento a spirale distribuito. Le parti geometriche possono essere modificate per soddisfare le vostre esigenze specifiche.

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Permanent Magnet Motor Efficiency Map

In un motore in funzione, una parte dell'energia viene persa sotto forma di calore. Molte proprietà che influenzano l'efficienza del motore sono condizionate dalla temperatura. Questo modello calcola l'efficienza del motore includendo questo comportamento dipendente dalla temperatura in un motore a magneti permanenti.

Titolo in Application Library:
pm_motor_2d_efficiency_map
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Permanent Magnet Motor with Campbell Diagram

Viene studiato il rumore acustico di un motore. Le frequenze vibrazionali naturali e le armoniche sono modellate su una gamma di velocità del motore. Il volume delle diverse frequenze alle diverse velocità può essere mappato in un diagramma di Campbell.

Titolo in Application Library:
pm_motor_2d_campbell_diagram
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Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor

I magneti di un motore a magneti permanenti interni (IPM) formano ponti stretti nel nucleo del rotore. Questi devono essere sufficientemente robusti da sopportare le sollecitazioni della rotazione senza compromettere le prestazioni del motore. Vengono visualizzati la densità di flusso magnetico (in alto), la distribuzione delle sollecitazioni (in basso a sinistra) e le deformazioni (in basso a destra).

Titolo in Application Library:
interior_pm_motor_stress_analysis
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Magnetic–Structure Interaction in a Permanent Magnet Motor

Questo esempio dimostra l'accoppiamento tra l'interfaccia Multibody Dynamics e l'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic. Per modellare l'accoppiamento magnetico–strutturale, il movimento del rotore è rappresentato da una mesh mobile, azionata dalla forza elettromagnetica calcolata.

Titolo in Application Library:
pm_motor_2d_structure_interaction
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Resonant Spiral Coil

Una bobina autorisonante a 5 giri di filo di rame viene analizzata in 3D e 2D in assialsimmetria utilizzando l'interfaccia Magnetic and Electric Fields. L'accoppiamento capacitivo è modellato utilizzando una speciale condizione al contorno in 3D, evitando mesh volumetriche impegnative.

Titolo in Application Library:
resonant_spiral_coil_3d
resonant_spiral_coil_2daxi
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Hartmann Flow in Liquid Metal Blanket with Heat Transfer

Nei reattori a fusione nucleare, il metallo liquido interagisce con il campo magnetico di fondo in un regime di flusso noto come magnetoidrodinamica (MHD). Questo modello dimostra la MHD accoppiando il flusso del fluido con il campo EM e il trasferimento di calore.

Titolo in Application Library:
3d_hartmann_flow_with_heat_transfer
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Iron Sphere in a Magnetic Field

Questa serie di modelli utilizza una sfera di ferro in un campo magnetico come esempio da manuale per dimostrare la modellazione degli effetti EM. Include 4 modelli che coprono diversi comportamenti, ipotesi e tecniche di modellazione. Nella foto il modello del campo magnetico a 20 kHz.

Titolo in Application Library:
iron_sphere_bfield_00_introduction
iron_sphere_bfield_01_static
iron_sphere_bfield_02_60hz
iron_sphere_bfield_03_20khz
iron_sphere_bfield_04_13mhz
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FEM Resistor in Circuit

Questo modello introduttivo illustra due modi diversi di accoppiare un modello di circuito elettrico con una simulazione a elementi finiti. Il cilindro è la parte ad elementi finiti, che rappresenta un resistore collegato all'interfaccia Electrical Circuit.

Titolo in Application Library:
circuit_fem_resistor
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