Points forts de COMSOL Multiphysics^® 6.1

Mises à jour du module AC/DC

Pour les utilisateurs du module AC/DC, la version 6.1 de COMSOL Multiphysics^® comprend une amélioration notable de l'expérience utilisateur pour la modélisation des machines électriques, de nouvelles interfaces multiphysiques pour la magnétohydrodynamique et une fonctionnalité étendue et améliorée pour l'extraction des paramètres réduits.

Réseaux d'aimants pour les machines électriques

La nouvelle fonctionnalité Aimant peut être utilisée pour modéliser un domaine magnétisé ou un motif régulier de domaines magnétisés. La direction de l'aimantation est spécifiée au moyen d'une expression mathématique ou en sélectionnant simplement les frontières des pôles Nord et Sud. La fonctionnalité comprend une option spécialisée qui facilite la mise en place de réseaux de Halbach et de modèles de rotor complexes.

La fonctionnalité Aimant se présente sous deux formes:

1. Une fonctionnalité Aimant non conducteur pour les interfaces Machine tournante, magnétique et Champs magnétiques, courants nuls.
2. Une fonctionnalité Aimant conducteur pour les interfaces Machine tournante et Champs magnétiques.

La fonctionnalité Aimant conducteur vous permet d'appliquer une isolation électrique aux frontières internes, ce qui facilite le calcul des courants de circulation et des pertes dans les aimants laminés. De plus, elle supporte le sous-noeud Calcul de pertes. Les deux formes prennent en charge les relations constitutives Densité de flux rémanente et Aimant permanent non-linéaire. Vous pouvez voir cette nouvelle fonctionnalité dans les modèles suivants :

• generator_2d
• linear_motor_2d
• one_sided_magnet
• permanent_magnet
• pm_motor_2d_introduction
• pm_motor_3d
• rotating_machinery_3d_tutorial
• sector_generator_3d
• static_field_halbach_rotor_3d

Entraînement par un moteur électrique synchrone, avec la densité de flux magnétique radiale dans l'acier laminé et la densité de courant axiale dans les conducteurs en épingle du stator.

Dispositions des bobinages pour les moteurs électriques

La fonctionnalité Bobinage multiphase est utilisée pour modéliser les enroulements du moteur sous la forme d'un motif régulier de bobines, comme cela est généralement le cas dans la modélisation des moteurs électriques en 2D. Dans ce modèle, une bobine ou un groupe de bobines transportant le même courant avec le même angle de phase est communément appelé une phase. La fonctionnalité Bobinage multiphase simplifie l'excitation d'un système multiphasé en imposant des dispositions d'enroulement standard. La fonctionnalité détecte automatiquement les configurations incohérentes. Pour les cas qui ne suivent pas un modèle standard, la fonctionnalité supporte une configuration de disposition définie par l'utilisateur.

La fonctionnalité Bobinage multiphase supporte le sous-noeud Calcul des pertes pour déterminer automatiquement les pertes résistives. Elle est disponible pour l'interface physique Machine tournante, magnétique lorsque vous travaillez en 2D. Vous pouvez voir cette nouvelle fonctionnalité dans le modèle existant de Moteur à aimants permanents 2D.

La fonctionnalité Bobinage multiphase avec des réglages pour l'excitation et la disposition des enroulements.

Fonctionnalité Conducteur passif pour les champs magnétiques et les machines tournantes

La fonctionnalité Conducteur passif des interfaces Champs magnétiques et Machines tournantes, magnétiques permet d'imposer une isolation électrique aux frontières internes, ce qui facilite le calcul des courants de circulation et des pertes dans les conducteurs laminés. Cette fonctionnalité présente de nombreuses similitudes avec la fonctionnalité Aimant conducteur, mais elle s'en distingue par le fait qu'elle ne supporte que les relations constitutives B-H qui n'incluent pas l'aimantation, c'est-à-dire la Perméabilité relative, la Courbe B-H et la Courbe B-H effective. Comme la fonctionnalité Aimant conducteur, la fonctionnalité Conducteur passif supporte le sous-noeud Calcul des pertes, qui est utilisée pour déterminer les pertes résistives. Le modèle Tutoriel de machine tournante 3D présente cette nouvelle fonctionnalité.

Un disque de cuivre laminé tourne à proximité d'un aimant. La fonctionnalité Conducteur passif renforce l'isolation électrique sur la frontière interne, provoquant deux zones distinctes de courant circulant.

Mise à jour des modèles de matériaux magnétostrictifs

Le couplage multiphysique Magnétostriction a été divisé en un couplage Magnétostriction non-linéaire et un couplage Effet piézomagnétique. (Ce dernier est également connu sous le nom de magnétostriction linéaire.)

Avec ces nouveaux couplages multiphysiques, deux nouvelles variantes de la loi d'Ampère (Loi d'Ampère, magnétostrion non-linéaire et Loi d'Ampère, piézomagnétique) et deux nouvelles interfaces multiphysiques (Magnétostriction non-linéaire et Piézomagnétisme) ont été ajoutées. Les nouvelles interfaces multiphysiques sont basées sur un couplage entre les interfaces Champs magnétiques et Mécanique du solide. La nouvelle fonctionnalité Loi d'Ampère, magnétostriction non-linéaire supporte le sous-noeud Calcul des pertes. Ce sous-noeud permet de déterminer automatiquement les pertes résistives et magnétiques dans les aciers laminés, en utilisant des modèles de pertes empiriques comme ceux de Steinmetz ou Bertotti.

Une nouvelle relation constitutive, Courbe d'aimantation analytique, est disponible dans la fonctionnalité classique Loi d'Ampère (à condition que le Type de matériau de cette fonctionnalité ait été défini sur Solide). Les nouveaux couplages multiphysiques, les fonctionnalités de la loi d'Ampère et la relation constitutive sont disponibles avec les interfaces Champs magnétiques et Machine tournante, magnétique. Les couplages et les fonctionnalités dédiées nécessitent le module AC/DC ainsi que soit le module Structural Mechanics, soit le module Acoustics ou soit le module MEMS. La nouvelle relation constitutive ne nécessite que le module AC/DC. Vous pouvez explorer les mises à jour concernant la magnétostriction dans le modèle Transducteur magnétostrictif non-linéaire.

Tutoriel du transducteur magnétostrictif non-linéaire présentant le nouveau couplage multiphysique.

Section d'une spire de bobine à partir du facteur de remplissage

Pour la fonctionnalité Bobine, le modèle de conducteur multispires homogénéisé a été mis à jour avec de nouveaux paramètres fréquemment utilisés pour la modélisation des moteurs électriques. L'aire de la section d'une spire de la bobine peut maintenant être calculée à partir du facteur de remplissage des fentes du stator (également connu sous le nom de Facteur de remplissage). L'épaisseur des spires est ensuite calculée à partir de l'aire des domaines sélectionnés et de la quantité relative souhaitée de cuivre dans la section d'une spire de la bobine. Voir cette nouvelle fonctionnalité dans le modèle Moteur à aimants permanents 2D.

Calculs de matrice d'impédance incluant les conducteurs passifs

La fonctionnalité Conducteur passif de l'interface Champs magnétiques, courants seuls est une version simplifiée de la fonctionnalité Conducteur de l'interface. Elle est destinée à être utilisée lors du calcul des matrices d'impédance et est attribuée aux domaines électriquement conducteurs qui ne sont pas activement excités ou terminés, mais qui peuvent transporter des courants de Foucault. Il ne possède généralement pas de frontières de type terminal ou à la masse et ne génère pas d'entrée dans la matrice d'impédance. La fonctionnalité supporte un sous-noeud Isolation électrique pour modéliser de fines couches d'isolation électrique sur les frontières intérieures. Cela facilite le calcul des courants de circulation et des pertes dans les conducteurs laminés.

Un réseau de bobines sur PCB qui est soumis à une étude d'extraction de matrice réduite. La fonctionnalité Conducteur passif est utilisée pour les conducteurs qui ne sont pas activement alimentés ou terminés, mais qui peuvent être porteurs de courants de Foucault.

Extraction de circuits électriques

L'add-in Extracteur de circuit convertit des matrices de quantités réduites en circuits électriques. Ces circuits peuvent ensuite être utilisés comme représentation réduite d'un dispositif électromagnétique. Typiquement, un modèle éléments finis est soumis à une étude Balayage des sources, et les matrices réduites en sont extraites. Ces matrices sont ensuite transmises à l'add-in Extracteur de circuit. Une fois validé, le circuit peut être utilisé comme représentation réduite pour les cas où le modèle par éléments finis serait trop gourmand en termes de calcul. Cette méthode peut être considérée comme une forme de modèle d'ordre réduit (ROM) basée sur la physique.

Les interfaces Electrostatique, Electrostatique, éléments de frontière et Courants électriques produisent désormais des matrices de capacité (et de résistance) dans un format directement compatible avec l'add-in Extracteur de circuit. L'interface Champs magnétiques et électriques prend également en charge les types d'étude Balayage de source stationnaire et Balayage de source en domaine fréquentiel et produit des matrices d'impédance, de résistance et d'inductance dans un format compatible avec l'add-in Extracteur de circuit. L'Extracteur de circuit lui-même a été étendu pour prendre en charge les matrices d'impédance et peut être visualisé dans les modèles Extracteur de circuit et Extraction de circuits électriques à partir d'une simulation électromagnétique.

L'add-in Extracteur de circuit est utilisé pour créer une représentation réduite d'un PCB. La comparaison avec le modèle original par éléments finis est présentée dans la table.

Modélisation magnétohydrodynamique (MHD)

La nouvelle interface multiphysique Magnetohydrodynamique permet de coupler l'écoulement des fluides avec des champs électromagnétiques et peut être utilisée pour la modélisation des métaux liquides ainsi que de certains plasmas. La nouvelle interface se compose de l'interface Champs magnétiques (ou l'interface Champs magnétiques et électriques), de l'interface Ecoulement laminaire et d'un couplage multiphysique Magnétohydrodynamique. Le couplage applique la force de Lorentz en provenance de l'électromagnétisme à un Ecoulement laminaire et — en retour — applique le terme de vitesse de Lorentz de l'Ecoulement laminaire à la partie électromagnétique.

Cette interface multiphysique existe en trois variantes : 2D avec courants électriques hors du plan, 2D avec courants électriques dans le plan et 3D. La variante 2D avec courants hors du plan utilise l'interface Champs magnétiques, tandis que les deux autres variantes utilisent l'interface Champs magnétiques et électriques. Les trois variantes sont disponibles uniquement avec le module AC/DC. La fonctionnalité de couplage multiphysique peut être utilisée séparément et est disponible avec le module AC/DC et le module Plasma. Les modèles Couche limite de Hartmann et Pompe magnétohydrodynamique illustrent cette fonctionnalité de couplage.

Le nouveau modèle de Pompe magnétohydrodynamique montre l'utilisation de l'interface multiphysique Magnétohydrodynamique. La vitesse de phase du champ magnétique induit une force de poussée sur le liquide conducteur.

Bibliothèque de matériaux métaux liquide pour la magnétohydrodynamique

La bibliothèque de matériaux AC/DC a été étendue avec une branche Métaux liquides pour la modélisation magnétohydrodynamique. Cette nouvelle branche contient divers métaux liquides - dont le titane, l'acier, le fer, le nickel, le cuivre, l'aluminium, le magnésium, l'étain, le lithium, le sodium et autres - ainsi que leurs propriétés matériaux, notamment la conductivité thermique, la conductivité électrique, la viscosité dynamique et la densité. Vous pouvez voir ce nouvel ajout dans le modèle de Pompe magnétohydrodynamique.

Le modèle tutoriel de la couche limite de Hartmann et (à droite) la nouvelle branche Métaux liquides dans la bibliothèque des matériaux.

Interface Champs magnétiques et électriques dans le domaine temporel

L'interface Champs magnétiques et électriques prend désormais en charge le type d'étude Temporel. En outre, la condition aux limites extérieure par défaut a été mise à jour, passant d'Isolation magnétique avec un sous-noeud Isolation électrique à Isolation magnétique avec un sous-noeud Masse, ce qui la rend cohérente avec la condition limite par défaut Isolation magnétique dans l'interface Champs magnétiques. Le modèle de Frein magnétique illustre cette nouvelle mise à jour.

Forme de l'équation pour l'étude temporelle, comme indiqué dans l'interface Champs magnétiques et électriques.

Amélioration des performances, de la stabilité numérique et de la précision pour l'électromagnétisme axisymétrique

Les interfaces Champs magnétiques et Champs magnétiques et électriques pour le 2D axisymétrique sont maintenant basées sur une formulation covariante qui offre de meilleures performances, une meilleure stabilité numérique et une plus grande précision que la formulation utilisée dans les versions précédentes. La formulation covariante gère les propriétés intrinsèquement singulières de l'axe de symétrie dans les systèmes de coordonnées cylindriques. Vous pouvez voir ces améliorations dans les modèles Approximation axisymétrique d'un inducteur 3D, Analyse en petits signaux d'un inducteur et Dispositif de lévitation électrodynamique.

Le tutoriel Analyse en petits signaux d'un inducteur montre les améliorations de performance et de précision apportées par la formulation covariante.

Méthodologie améliorée pour la modélisation des supraconducteurs

Une nouvelle fonctionnalité particulièrement adaptée à la modélisation des supraconducteurs a été ajoutée. Il s'agit d'un nouveau couplage multiphysique entre les interfaces Champs magnétiques, courants nuls et Formulation en champs magnétiques. Cette fonctionnalité, Couplage formulation en champs magnétiques, champs magnétiques courants nuls, assure la continuité de l'induction magnétique normale et du champ magnétique tangentiel à travers les frontières.

Bandes supraconductrices, modélisées avec la formulation en potentiel mixte (utilisant le champ magnétique H et le potentiel scalaire magnétique V_m).

Modélisation de couches minces sur des substrats avec la condition d'impédances de frontière multicouches

La nouvelle Condition d'impédance de frontière multicouches est une extension de la fonctionnalité Condition d'impédance de frontière, qui permet de modéliser une superposition de couches géométriquement minces sur un substrat. Elle est utilisée sur les frontières extérieures où l'on sait que le champ ne pénètre que sur une courte distance à l'extérieur de la frontière. En résumé, cette fonctionnalité combine la Condition de transition à la frontière multicouches avec la Condition d'impédance de frontière. Cette nouvelle fonctionnalité est disponible pour l'interface Champs magnétiques.

Modèle haute fidélité montrant la distribution des courants électriques et de l'échauffement dans un empilement de couches.

Nouveaux tutoriels et modèles mis à jour

La version 6.1 de COMSOL Multiphysics^® apporte de nouveaux tutoriels et des mises à jour au module AC/DC.

Champ électrique produit par des lignes aériennes

Norme et direction du champ électrique à proximité d'une ligne électrique. Les structures fines des câbles et des pylônes en treillis ont été modélisées à l'aide des fonctionnalités d'arêtes de l'interface Electrostatique, éléments de frontière.

Nom de l'application:

power_line_electric_field

Lien de téléchargement de l'application

Champ magnétique induit par des lignes aériennes

Norme et direction du champ magnétique à proximité d'une ligne aérienne. Le modèle utilise la fonctionnalité Courant sur arête de l'interface Champs magnétiques. L'étude de ces champs est importante pour des raisons de santé et de sécurité.

Nom de l'application:

power_line_magnetic_field

Lien de téléchargement de l'application

Champ électrique entre cylindres concentriques

Norme du champ électrique entre deux cylindres concentriques. L'amplitude du champ est inversement proportionnelle à la coordonnée radiale, r, et est comparée à la solution analytique.

Nom de l'application:

electric_field_concentric_cylinders

Lien de téléchargement de l'application

Champ magnétique d'un conducteur infini

La norme de la densité de flux magnétique autour d'un conducteur infini. À l'intérieur du conducteur, le champ augmente avec le rayon ; à l'extérieur du conducteur, il est égal à 1/r. Le champ est comparé à la solution analytique.

Nom de l'application:

magnetic_field_infinite_conductor

Lien de téléchargement de l'application

Couche limite de Hartmann

Ce modèle d'introduction à la magnétohydrodynamique illustre l'effet d'un champ magnétique externe sur le profil d'écoulement laminaire d'un fluide conducteur. Le résultat montre le profil de vitesse pour un nombre de Hartmann de 10.

Nom de l'application:

hartmann_boundary_layer

Lien de téléchargement de l'application

Pompe magnétohydrodynamique

La distribution du champ magnétique et le profil de vitesse dans une pompe magnétohydrodynamique. Le fluide conducteur est poussé en avant par le mouvement du champ magnétique.

Nom de l'application:

magnetohydrodynamics_pump

Lien de téléchargement de l'application