Workshop Finite Elemente Methode

Transkript

1 Workshop Finite Elemente Methode M.Sc. Bo Zhang Dipl.-Ing. Torsten Epskamp SS KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Zusammenfassung Allgemeine Informationen Titel Workshop Finite Elemente Methoden Veranstaltungsart: Praktikum (P) Semester: SS 2014 SWS: 2 ECTS: 3 Prüfungsart: Theoretischer Teil schriftlich, ca. 20 min Praktischer Teil, ca. 90 min Studienmodelle: Elektromobilität, Elektrische Antriebe und Leistungselektronik, Regenerative Energien Dozenten: M. Sc. Bo Zhang, Dipl.-Ing. Torsten Epskamp, Zeit: Blockseminar: 3 Tage à 2 Blöcke vor- und nachmittags 1 Tag Möglichkeit zur Übung 1 Nachmittag Prüfung Beginn: noch nicht festgelegt, siehe Terminpläne im Anhang bei Interesse wird um Rückmeldung gebeten Vortragssprache: Deutsch Ort: Studentenpool Campus Ost Teilnehmerzahl: Aufgrund begrenzter Teilnehmerzahl wird um Voranmeldung gebeten. 2

3 Zusammenfassung Ziel der Lehrveranstaltung In dem Workshop sollen in enger Verknüpfung die Grundlagen der Theorie zur Finite Elemente Methode und die wichtigsten Arbeitsmethoden vermittelt werden. Der Workshop beschränkt sich auf den Bereich der elektromagnetischen FEM (keine Strukturmechanik, keine Thermik, keine Fluiddynamik). Inhalt des Workshops In jeder Einheit wird zunächst etwa eine Unterrichtsstunde Theorie gelehrt, dann wird für etwa 2 Unterrichtsstunden gemeinsam mit den Studenten ein praktisches Beispiel schrittweise bearbeitet. In der letzten Unterrichtsstunde wird für die Studenten Gelegenheit sein, selbstständig Veränderungen und Berechnungen an den Beispielen auszuführen. Mathematische Grundlagen der FEM Grundkenntnisse der Elektromagnetik Gängige FEM Softwarepakete Elektromagnetische Analyse mit 2D & 3D FEM Modellierung, Pre- und Postprocessing 3

4 Anwendung der 3D Finite Elemente Methode in der Elektromagnetik 2D Finite Elemente Methode Für sehr viele Anwendungen kann die zu untersuchende Anwendung auf ein ebenes Problem reduziert werden. Dadurch können in kurzer Rechenzeit Ergebnisse mit hoher Genauigkeit erzielt werden, wenn die zu erwartenden Randeffekte klein sind gegenüber den zu berechnenden Größen. Software für 2D FEM Auf dem Fachgebiet der drehenden elektrischen Maschinen ist im 2D-Bereich die FEM Software Flux2D eine der führenden Anwendungen. Beispiele 4

5 Anwendung der 3D Finite Elemente Methode in der Elektromagnetik 3D Finite Elemente Methode Als Ergänzung zur 2D Finite Elemente Methode wird die 3D FEM verwendet, um die elektromagnetische Analyse eines Modells durchzuführen, das keine Rotationssymmetrie oder XY-Symmetrie besitzt. Außerdem lässt sich die 3D FEM einsetzen, um die Nebeneffekte zu berechnen, die mit 2D schwer oder unmöglich zu berechnen sind, wie zum Beispiel der Streufluss des Wickelkopfs in elektrischen Maschinen. Software für 3D FEM Opera-3d wird seit mehr als 30 Jahren entwickelt und ist eine erfolgreiche Software bei der elektromagnetischen Analyse. Es ist ein Pre und Post-processing System für die elektromagnetische Analyse und besteht aus achten Modulen für unterschiedliche Anwendungen. Die typische Anwendungen sind die elektrische Maschinen, die Sensoren, die magnetische Schirmung, die thermische Analyse durch Induktion usw. Beispiele 3D FEA eines MRI Systems 3D FEA eines Transversalflussmotors 5

6 1. Mai Himmelfahrt Fronleichnam Pfingsten Terminplanung vor Vorlesungsstart Vorlesungsbeginn ====> Exkursionswoche nach Vorlesungsstart favorisiert über Maifeiertag 6