Předmět Počítačové modelování elektrotechnických zařízení a komponentů (FEKT-BMEM)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu FEKT-BMEM - Počítačové modelování elektrotechnických zařízení a komponentů, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vysoké učení technické v Brně (VUT).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Cílem předmětu je doplnit poznatky oblasti z fyziky a matematiky v rovině aplikací a to vybraných numerických modelů elektrotechniky a elektromagnetického pole. Dále pak procvičit a prohloubit znalosti finitních numerických metod, navrhnout a analyzovat přístupy používané při experimentálním a numerickém modelování elektrotechnických úloh a při analýze elektromagnetických polí. Seznámit a vysvětlit studentům efektivitu systému ANSYS a dalších programů pro numerické modelování a analýzu zjednodušených i sdružených úloh formulovaných pomocí vybraných parciálních diferenciálních rovnic aplikovatelných v elektrotechnice. To vše tak, aby student byl schopen samostatně sestavit, analyzovat a interpretovat numerický model, komplexně posoudit validitu dosažených výsledků, oponovat zadavateli jeho argumenty v použitých postupech, interpretacích a způsobu použití systému ANSYS a jeho částí. Student je připravován na to, aby pro zadaný problém zvolil koncepčně správný postup, předvídal komplikace, které se mohou dostavit při řešení, odhadl předpokládanou numerickou chybu získané analýzy. Na konkrétních příkladech je ukázáno, jak sestavit model, ten v případě potřeby korigovat a kontrolovat průběžně správnost postupu, řešení modelu a interpretaci výsledků.

Osnova

Přednášky:1. Úvod do modelování a numerických metod, Metoda konečných prvků (MKP), základní úlohy (statická, stacionární, kvazistacionární, nestacionární)2. Okrajové podmínky, vliv na kvalitu modelu, chyby, fyzikální interpretace modelu3. Základní úlohy- statická, stacionární, kvazistacionární, nestacionární, matematický model, řešení matematického modelu, stabilita řešení, interpretace výsledků4. Elektrostatické modely- příklady, zadání, okrajové podmínky, aplikační sféra5. Magnetostatické modely- příklady, zadání, okrajové podmínky, aplikační sféra6. Teplotní úlohy- matematický model, okrajové podmínky, aplikace, efekty vedení, proudění a radiace7. Parametrické modely - nástroje, vazba na MPK, prostředí SOLIDWORKS8. Zásady parametrického modelování, tvorba modelů pro analýzu MKP9. Sdružené a vázané úlohy, popis, příklady v elektrotechnice10. Fyzikální význam a interpretace výsledků, vyhodnocování a zobrazování výsledků, interpretace složitějších veličin11. Nestacionární úlohy v elektrotechnice, vazba modelu na vlastnosti komponentů, přesnost analyzovaných výsledků Počítačová cvičení:1. Úvod, seznámení s prostředím ANSYS Workbench, Metoda konečných prvků (MKP), Základní analýzy MKP v systému ANSYS, moduly Workbench, Maxwell, Multiphysics2. Základní dvoudimensionální (2D), 2D rotačně symetrická a třídimensionální (3D) úlohy elektrotechniky, statická, harmonická, přechodová analýza3. Elektrostatická 2D úloha - popis, sestavení, analýza, interpretace výsledků4. Magnetostatická 2D úloha s vazbou na obvodové prvky, popis, sestavení, analýza, interpretace výsledků, diskuze nad numerickými chybami - přesnost řešení a jejich korekce, nástroje5. Popis, tipy a rozsah sdružených a vázaných úloh, procvičení příkladného řešení, zadání samostatných projektů pro studenty6. Popis, ukázka a procvičení geometricky a matematicky složitější úlohy elektrotechniky, procvičení analýzy a používaných nástrojů systému ANSYS7. Kategorizace a rozčlenění problematiky interpretací a vyhodnocování výsledků, příklad, ukázka nástrojů a jejich předností v systému ANSYS8. Seznámení s prostředím SOLIDWORKS, návrh jednoduché 3D geometrie, model export do systému ANSYS a sestavení MKP modelu. Tvorba jednoduchých 2D a 3D modelů v SOLIDWORK9. Tvorba složitějších 2D a 3D modelů v parametrickém modeláři, export numerického modelu MKP. Vlastní sestavení 3D úlohy, analýza MKP modelu s vazbou na parametrický modelářský systém a vyhodnocení výsledků10. Odevzdání samostatných projektů, diskuze, obhajoba způsobu řešení, obhajoba zvoleného přístupu, oponování výsledků a přesnosti analýzy.11. Zápočtový test, odevzdání samostatných projektů, uzavření předmětu.

Literatura

KROUTILOVÁ, E.; STEINBAUER, M.; HADINEC, M.; FIALA, P.; BARTUŠEK, K. Numerické modelování nehomogenity v materiálech. ElectroScope - http://www.electroscope.zcu. cz, 2007, roč. 2007, č. 4, s. 1 ( s.)ISSN: 1802- 4564. (CS)Dědek L., Dědková J.: Elektromagnetismus. Skripta, VUTIUM, Brno 2000 (CS)Fiala P., Bachorec T., Kříž T.: Počítačové modelování elektrotechnických zařízení a komponentů, (BMEM), počítačová cvičení, IET/UTEE FEKT v Brně (CS)

Požadavky

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen:- definovat základní numerické modely - statický, kvazistatický pomocí soustředěných parametrů, získané v předmětech BEL1 a BEL2.- popsat fyzikální model elektrostatické a magnetostatické úlohy z kurzů fyziky- ovládat počítač na základní úrovni, zvládnout prostředí MATLA, sestavit jednoduché algoritmy- porozumět matematickému zápisu parciálních diferenciálních rovnic- aplikovat matematický aparát diferenčního a diferenciálního počtu.Kurz navazuje na znalosti a dovednosti získané především v kurzech:- BPC1 nebo (BPC1A, BPC1E, BPC1M, BPC1S, BPC1T),- BPC2 nebo (BPC2A, BPC2E, BPC2M, BPC2S, BPC2T),- BFYS,- BFY1 nebo BFY2 nebo BFY3

Garant

prof. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.

Vyučující

prof. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.Ing. Tomáš Kříž