Авторитетность издания
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
Инженерная программа трехмерного моделирования магнитных систем LittleMag
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Коршунова Т.Ю. () - , Подольский А.А. () - | |
Ключевое слово: |
|
Ключевое слово: |
|
Всего комментариев: 2 Количество просмотров: 27632 |
Версия для печати Выпуск в формате PDF (1.32Мб) |
Приборы радиоэлектроники, сепараторы, гальванометры, поляризованные реле, медицинские аппараты, осциллографы, магнето, электрические машины, дугогасительные аппараты и многие другие устройства имеют в своем составе магнитные системы с постоянными магнитами. Проектирование устройств с постоянными магнитами является комплексной задачей, требующей знаний в области физики и математики, а также инженерной интуиции, основанной на профессиональном опыте. Специалист по проектированию таких устройств должен знать методы численного расчета магнитных полей, уметь правильно выбрать и применить метод, оценить погрешности решения. Для автоматизации проектирования магнитных систем могут применяться САПР трех типов: универсальные, специализированные и узкоспециализированные. В универсальных инженерных вычислительных системах собран большой комплекс расчетных и графических средств для решения широкого круга задач. Но при решении каждой конкретной задачи необходимо «настроить» универсальную систему: выбрать необходимые вычислительные модули, увязать их в определенной последовательности, обеспечить передачу данных между модулями, провести тестирование на пригодность выбранного алгоритма для решения поставленной задачи. Из-за большой трудоемкости универсальные системы в конструировании магнитных систем используются редко. Для расчета и конструирования магнитных устройств разработан ряд специализированных САПР. Они, взамен традиционного подхода, основанного на эквивалентных электрических цепях и используемого уже в течение 100 лет, предлагают программы прямого моделирования магнитостатических полей. Как правило, они базируются на одном из трех вычислительных методов: метод конечных элементов (FEM – Finite Element Method) [1,2]; метод граничных элементов (BEM – Boundary Element Method) [3]; метод интегральных уравнений (IEM – Integral Equation Method) [4,5].
Процесс проектирования магнитных систем с использованием известных специализированных САПР обычно заключается в итерационном повторении следующих этапов: · подбираются вид и число разбиений, обеспечивающие, во-первых, неизменность получаемого решения в пределах требуемой точности и, во-вторых, приемлемое время вычислений; · проверяется устойчивость решения при возможных вариациях исходных данных (изменения геометрических и магнитных параметров элементов магнитной системы); · проводится физическое моделирование устройства, желательно, в нескольких вариантах.
LittleMag является узкоспециализированной вычислительной системой, предназначенной для расчета трехмерных характеристик магнитного поля и определения состояния магнитного материала в типовых магнитных системах и стандартных магнитных элементах. Расчетная часть вычислительной системы LittleMag использует метод цепных схем замещения, эмпирические коэффициенты и соотношения, полученные рядом авторов путем многочисленных натурных экспериментов, метод интегральных уравнений. Естественно, LittleMag не может решать любые задачи магнитостатики. Но LittleMag – система, открытая для расширения и модификации, и задача анализа нового типа магнитной системы или элемента легко вписывается в структуру программного комплекса не зависимо от того, какой метод расчета потребуется для этого. Ввод данных в системе весьма прост. Геометрия объектов проектирования уже представлена в виде чертежей, в которых требуется только указать конкретные размеры (рис. 1). Известно, что инженеры мыслят образами. Для обеспечения наглядности внешний вид каждой магнитной системы и элемента представлен на трех фотографиях, периодически сменяющих друг друга. Имеется возможность вызова видеоклипа, который позволяет увидеть объект проектирования в непрерывном вращении. Каталог магнитных материалов, содержащий характеристики наиболее часто используемых магнитотвердых материалов (литых, ферритовых, редкоземельных), открыт для наращивания. Результаты расчета представлены в численном и графическом виде. Образы окон программы можно сохранять в виде графических файлов, что обеспечивает разработчику удобство составления отчета по результатам рабо- ты (рис. 2). Пользователю предложено 6 стандартных видов магнитных элементов: кольцевой магнит (с диаметральной, радиальной и аксиальной намагниченностью), пластинчатый магнит, радиально намагниченный сегментный магнит и трапециевидный магнит. Для расчета магнитных элементов используется итерационный метод решения интегральных уравнений относительно потенциала и напряженности магнитного поля. Задача является нелинейной, трехмерной. В результате расчета инженер получает значения напряженности поля в любой точке пространства (в том числе внутри магнита), значения намагниченности и размагничивающего фактора. Система LittleMag предлагает 9 типов магнитных систем (рис. 3). Это С-образные и дугообразные магнитные системы. Для расчета магнитных систем применяются упрощенные методы. Расчет выполняется практически моментально, за счет использования эмпирических соотношений и коэффициентов, полученных ранее и проверенных многолетним опытом [7]. В результате расчета инженер получает значения напряженности и индукции магнитного поля в рабочем зазоре, а также значение коэффициента рассеяния магнитного поля. Таким образом, благодаря узкой специализации программы и, как следствие, простоте ввода данных и быстроте расчетов, инженер-проектировщик может за небольшое время рассчитать множество вариантов конструкций, варьируя размеры магнитных систем и элементов, а также магнитные материалы. Это свойство САПР может быть весьма полезным в процессе обучения студентов инженерному проектированию [8]. Ведь пользователь такой узкоспециализированной системы имеет возможность оперативно сопоставлять вводимые параметры (вид конструкции, ее размеры, параметры магнитного материала) и получаемые ответы, осознавая взаимосвязь между ними. Повышает эффективность обучения и то, что обучаемый не отделен от объекта проектирования стеной сложного, неестественного (на первый взгляд) интерфейса, как это бывает при использовании более универсальных САПР. С учетом привлекательности использования данного комплекса в учебном процессе под единой программной оболочкой объединены · электронный учебник-справочник по магнетизму, освещающий вопросы теории магнетизма и принципов конструирования устройств с постоянными магнитами, · подробно разобранные примеры проектирования с иллюстрациями, · Гипертекстовая структура учебника позволяет осваивать новый материал в индивидуальном темпе, пропуская известные сведения и заостряя внимание на сложных проблемах. Вопросы для самоконтроля, составленные в соответствии с материалом учебника, снабжены не только ответами, но и подсказками двух уровней, помогающими отсечь неверные варианты. По мере выбора пользователем вариантов ответов и подсказок производится подсчет, и по окончании тестирования обучаемый видит сводку своих действий. Итак, описанная программа моделирования трехмерных магнитных систем LittleMag может быть полезна как инженерам-проектировщикам устройств с постоянными магнитами, так и студентам электротехнических специальностей. Список литературы 1. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. - М.: Мир, 1986. 2. Дубицкий С., Поднос В. ELCUT – инженерная система моделирования двухмерных физических полей. //CADmaster. - 2001. - № 1. - С. 17-21. 3. Бреббиа К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. - М.: Мир, 1987. 4. Подольский А.В. Об одном численном решении задачи о намагниченности ферромагнетика. // Электричество. - 1990. - № 8. - С. 80-84. 5. Подольский А.В. Универсальная система решения задач магнитостатики. // Программные продукты и системы. - 1995. - № 1. - С. 33-38. 6. Кошелев А.И. Регулярность решений эллиптических уравнений и систем. - М.: Наука, 1986. 7. Арнольд Р.Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. - М.: Энергия, 1969. 8. Соловов А.В. Информационные технологии обучения в профессиональной подготовке. // Высшее образование в России. - 1995. - №2. - С. 31-36. |
Постоянный адрес статьи: http://swsys.ru/index.php?id=675&like=1&page=article |
Версия для печати Выпуск в формате PDF (1.32Мб) |
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2002 год. | Версия для печати с комментариями |
Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик:
- Календарные расчеты на калькуляторе
- Схемотехнические САПР для персональных компьютеров
- Интерактивная процедура построения модели тренда для экономических показателей
- О моделировании данных
- Реинжиниринг образовательных технологий на базе адаптивного открытого обучения и языка XML
Назад, к списку статей
Comments
автор: Нонна [2010-04-22 21:27:20]Обращайтесь по адресу: podolsky47@inbox.ru
Оценка пользователя: 10 баллов
автор: Ashat [2009-08-25 11:24:39]
Здравствуйте! Где можно и как скачать данную программу, очень нужна!
Оценка пользователя: 0 баллов