Навигация
4.2 COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics - это мощная интерактивная среда для моделирования и расчетов большинства научных и инженерных задач основанных на дифференциальных уравнениях в частных производных (PDE) методом конечных элементов [3]. С этим программным пакетом есть возможность расширять стандартные модели, использующие одно дифференциальное уравнение (прикладной режим) в мультифизические модели для расчета связанных между собой физических явлений. Расчет не требует глубокого знания математической физики и метода конечных элементов. Это возможно благодаря встроенным физическим режимам, где коэффициенты PDE задаются в виде понятных физических свойств и условий, таких как: электрическая проводимость, плотность тока, относительная магнитная проницаемость, частота тока и т.п. в зависимости от выбранного физического раздела. Преобразование этих параметров в коэффициенты математических уравнений происходит автоматически. Взаимодействие с программой возможно стандартным способом – через графический интерфейс пользователя (GUI), либо программированием с помощью скриптов на языке COMSOL Script или языке MATLAB.
Программа основана на системе дифференциальных уравнений в частных производных. Существует три математических способа задания таких систем:
· Коэффициентная форма, предназначенная для линейных и близких к линейным моделям;
· Генеральная форма, для нелинейных моделей;
· Слабая форма (Weak form), для моделей с PDE на границах, ребрах или для моделей, использующих условия со смешанными производными и производными по времени.
Используя эти способы, можно изменять типы анализа, включая:
· Стационарный и переходный анализ;
· Линейный и нелинейный анализ;
· Модальный анализ и анализ собственных частот.
Для решения PDE, COMSOL Multiphysics использует метод конечных элементов. Программное обеспечение запускает конечноэлементный анализ вместе с сеткой учитывающей геометрическую конфигурацию тел и контролем ошибок с использованием разнообразных численных решателей. Так как многие физические законы выражаются в форме PDE, становится возможным моделировать широкий спектр научных и инженерных явлений из многих областей физики таких как: акустика, химические реакции, диффузия, электромагнетизм, гидродинамика, фильтрование, тепломассоперенос, оптика, квантовая механика, полупроводниковые устройства, сопромат и многих других.
Кроме вышеперечисленного, программа позволяет с помощью переменных связи (coupling variables) соединять модели в разных геометриях и связывать между собой модели разных размерностей.
Для создания и расчета задачи определена следующая последовательность действий:
1. Выбор размерности модели, определение физического раздела, определение стационарности или нестационарности температурного поля;
2. Определение рабочей области и задание геометрии;
3. Ввод исходных данных, зависимости переменных от координат и времени;
4. Указываются электромагнитные свойства и начальные условия;
5. Указываются граничные условия;
6. Задаются параметры, и строится сетка;
7. Определение параметров решающего устройства, и запуск расчета;
8. Настройка режима отображения;
9. Наблюдение и анализ результатов.
3.3 Выбор физического раздела в среде COMSOL Multiphysics
Для построения и полного физического моделирования модели целесообразно выбрать двухмерную аксиальную симметрию (рис. 6). Физический раздел выбираем для решения квазистатической задачи с проводящими, магнитными и диэлектрическими материалами с направлением переменного электрического тока вдоль угловой составляющей. Данный раздел использует цилиндрическую систему координат (r, z, φ).
Рисунок 6. Определение физического раздела для моделирования модели
3.4 Задание геометрии
На рис. 7 изображены размеры исследуемой модели.
Рисунок 7. Геометрия модели
В среде COMSOL Multiphysics наша модель будет выглядеть следующим образом.
Рисунок 8. Искомая модель в среде COMSOL Multiphysics
3.5 Определение электромагнитных свойств материалов
Необходимо задать электромагнитные свойства материалов и некоторые константы, которые приведены в табл.1
| Относительная магнитная проницаемость, (μr) | Электрическая проводимость, (σ, МСм/м) | Плотность тока, (J, А/мм2) | |
| Объект контроля | 1 | 2 | 0 |
| Первичные катушки | 1 | 0 | 1 |
Токи в первичных катушках должны быть сонаправлены.
Так как моделирование будет происходить для разных частот 25кГц, 100кГц, 200кГц и 400кГц, это тоже необходимо учесть при задании параметров.
Похожие работы
... генерального директора — главный инженер ОАО «Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта», кандидат технических наук В.Л. ЛАЗАРЕВ, главный конструктор Проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» Н.Ю. ИЛЬЮЩЕНКОВА, начальник сектора неразрушающего контроля Проектно-конструкторского бюро вагонного хозяйства ОАО «РЖД» На ...
... , однако в последнем случае нанесение и индикацию пробных веществ выполняют по разные стороны перегородки. 2 Классификация физических методов неразрушающего контроля сварных соединений. Метрологическое обеспечение средств контроля При проведении мониторинга технического состояния (ТС) изделий, одной из наиболее актуальных является задача объективного своевременного обнаружения дефектов ...
... и цельнокатаные колеса, коленчатые валы дизелей и компрессоров, детали тяговых передач локомотивов. .) контролируется акустическими методами. На их долю приходится 35-40% общего объема операций неразрушающего контроля, выполняемых при изготовлении и ремонте подвижного состава. Применение системы акустических методов НК наряду с другими позволило обеспечить безопасность движения на железнодорожном ...
... при наличии автоматической приставки. Широко используют также дефектоскопы типа АСК-10(12), ИОС-1, ВК-ЗОС, ВД-20П, ИПП-1М, «Магнитоскоп» и др. Тепловые методы Тепловые методы неразрушающего контроля используют при исследовании тепловых процессов в РЭС, причем в большинстве случаев регистрируют поверхностное тепловое или температурное поле объекта контроля, в пространственно-временной ...
0 комментариев