Points forts de COMSOL Multiphysics^® 6.2

Nouveautés du module AC/DC

Pour les utilisateurs du module AC/DC, COMSOL Multiphysics^® introduit une nouvelle interface Machine magnétique, tournante, périodique en temps, de nouveaux couplages pour la modélisation des moteurs électriques et des générateurs, et des fonctionnalités permettant de définir facilement des modèles avec des liquides, des gaz et des objets solides en mouvement. Ci-dessous, plus d'informations sur ces nouveautés.

Nouveau solveur rapide pour les machines électriques

Pour les problèmes non linéaires périodiques en temps, il est désormais possible de résoudre les conditions d'équilibre directement en utilisant la nouvelle interface Machine magnétique, tournante, périodique en temps. Ceci est réalisé en imposant une périodicité à la dimension temporelle et en résolvant pour tous les instants en même temps à l'aide d'un solveur stationnaire. Cette approche permet d'économiser un temps de calcul considérable, puisque la solution alternative consisterait à résoudre un problème temporel jusqu'à ce que l'état d'équilibre soit atteint. En outre, cette approche donne un accès direct au contenu du domaine fréquentiel (harmoniques d'ordre supérieur), pour une utilisation dans des contextes multiphysiques avancés. Les cas d'utilisation typiques sont les études de moteurs et de transformateurs, où les pertes fer et les forces électromagnétiques sont couplées au transfert de chaleur, à la mécanique des structures et à l'acoustique — avec un accent particulier sur les analyses paramétriques et les études d'optimisation. Découvrez cette nouvelle interface dans les tutoriels Permanent Magnet Motor with Campbell Diagram et Permanent Magnet Motor Efficiency Map.

Réglages de l'interface Machine magnétique, tournante, périodique en temps illustrés pour une machine synchrone à aimant permanent.

Support de la périodicité pour les bobines Conducteur simple et Multispires homogénéisés

Pour les bobines et les conducteurs génériques (toronnés ou solides), il existe désormais une réelle prise en compte de la périodicité en 3D. La sous-fonctionnalité Analyse de la géométrie utilisée pour un domaine Bobine dans l'interface Champs magnétiques, l'interface Champs magnétiques et électriques, et l'interface Machine tournante, magnétique sont maintenant dotées d'une sous-fonctionnalité Frontières périodiques qui est utilisée avec la fonctionnalité Condition périodique. Ceci est particulièrement utile pour les modèles de machines électriques qui ont une symétrie sectorielle, comme illustré dans Motor Tutorial Series.

Nouvelles interfaces et nouveaux couplages multiphysiques pour les moteurs et les générateurs

La nouvelle interface multiphysique Interaction magnétique-élastique en machine tournante combine une interface Mécanique du solide avec une interface Machine tournante, magnétique, en utilisant le couplage multiphysique Forces magnétiques, machine tournante. Ce couplage multiphysique associe les interfaces physiques de mécanique et d'électromagnétisme au niveau du domaine. Il applique le chargement causé par les contraintes de Maxwell sur une structure déformable et en rotation. Notez que cette interface multiphysique nécessite le module Structural Mechanics.

L'interface multiphysique Interaction magnétique-corps rigide en machine tournante combine une interface Dynamique multicorps avec une interface Machine tournante, magnétique à travers le même couplage multiphysique Forces magnétiques, machine tournante. Dans ce cas, le couplage multiphysique calcule comment les déformations et les contraintes provenant des forces d'entrefer sont distribuées dans le stator et le rotor. Les applications sont notamment les paliers magnétiques et les moteurs à rotors déséquilibrés. Notez que cette interface multiphysique nécessite le module Multibody Dynamics.

Découvrez ces nouveautés dans les tutoriels Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor et Magnetic–Structure Interaction in a Permanent Magnet Motor.

Couplage entre l'interface Mécanique du solide et l'interface Machine tournante, magnétique pour réaliser l'analyse électromagnétique d'un moteur à aimants permanents intérieurs (IPM).

Réorganisation des couplages multiphysiques magnétomécaniques

Les couplages multiphysiques Forces magnétiques, Couplage de Lorentz et Forces magnétomécaniques sont désormais remplacés par un unique couplage multiphysique appelé Magnétomécanique. Ce couplage peut être utilisé pour combiner l'interface Mécanique du solide avec les interfaces Champs magnétiques ou Champs magnétiques, courants nuls. S'il est utilisé pour coupler une interface Mécanique du solide avec une interface Champs magnétiques, courants nuls, le couplage devient équivalent à l'ancien couplage Forces magnétiques. S'il est utilisé pour coupler une interface Mécanique du solide avec une interface Champs magnétiques, une case à cocher permet de choisir entre deux options qui sont équivalentes aux anciens couplages Forces magnétomécaniques et Couplage de Lorentz. Le nouveau couplage multiphysique Magnétomécanique nécessite le module MEMS, le module Structural Mechanics ou le module Acoustics.

Amélioration de la gestion des solides et des liquides pour l'interface Champs magnétiques

Les nouvelles fonctionnalités prêtes à l'emploi Loi d'Ampère dans les solides et Loi d'Ampère dans les fluides de l'interface Champs magnétiques facilitent la construction de modèles avec des matériaux mobiles. Ces noeuds permettent une mise en oeuvre plus conviviale qui contribue à garantir l'utilisation des référentiels de coordonnées de référence appropriés pour les liquides, les gaz, et le vide d'une part et pour les objets solides d'autre part. En outre, ces fonctionnalités permettent une configuration plus intuitive des couplages multiphysiques, avec la fonctionnalité Loi d'Ampère dans les fluides qui permet des couplages avec les physiques magnétohydrodynamiques ou plasma, par exemple, et la fonctionnalité Loi d'Ampère dans les solides qui permet les couplages magnétomécaniques. Découvrez ces fonctionnalités dans les tutoriels Hartmann Boundary Layer et E-Core Transformer.

Fonctionnalité Espace libre pour l'interface Champs magnétiques

Une nouvelle fonctionnalité par défaut, Espace libre, est ajoutée à l'interface Champs magnétiques. Elle est utilisée pour spécifier les conditions physiques à proximité du dispositif modélisé — typiquement dans l'air ou dans le vide. Cette Fonctionnalité constitue un point de départ auquel d'autres fonctionnalités (telles que les fonctionnalités Loi d'Ampère dans les solides ou les fluides) peuvent être ajoutées pour spécifier localement les propriétés des matériaux et les formes d'excitations. La fonctionnalité Espace libre est dotée d'une option de Stabilisation intégrée. Cela ajoute un terme de conductivité artificiel tel que l'épaisseur de peau dans l'espace libre est d'un ordre de grandeur supérieur à celui du dispositif à sa fréquence de fonctionnement caractéristique; une faible conductivité qui se traduit par une épaisseur de peau aussi importante est supposée n'avoir que peu ou pas d'impact sur la précision des résultats, mais sa présence améliore à la fois la robustesse et la vitesse du solveur. Une option défini par l'utilisateur est disponible, également, pour le réglage manuel de la stabilisation. Les tutoriels Submarine Cable 8 — Inductive Effects 3D et Multiturn Coil Above an Asymmetric Conductor Plate illustrent cette nouveauté.

La fonctionnalité par défaut Espace libre avec l'option Stabilisation, illustrée dans un modèle de transformateur de puissance triphasé.

Fils de litz pour les domaines de type bobines multispires

La nouvelle section Propriétés du câble pour une bobine Conducteur multispires homogénéisés a été étendue pour prendre en charge plusieurs options typiquement utilisées pour la modélisation des fils de litz. Ceci inclut l'option permettant de spécifier la résistance (AC) par unité de longueur — soit à partir d'un modèle analytique défini par l'utilisateur, soit à partir de mesures, soit à partir d'une feuille de spécification fournie par le fabricant — et l'option permettant de spécifier la résistance effective totale. Ces options facilitent la méthodologie de travail lors de la modélisation de conducteurs toronnés qui opèrent dans des conditions non idéales, comme les conducteurs Milliken avec résistance de contact intérieure et les fils de litz (et les bobines) opérant à des fréquences plus élevées.

La résistance du fil de la bobine par unité de longueur, utilisée pour spécifier les propriétés d'un conducteur Milliken (l'un des conducteurs principaux d'un câble sous-marin triphasé).

La fonctionnalité Paire périodique étendue au 2D axisymétrique

L'interface Champs magnétiques supporte désormais la Fonctionnalité Paire périodique pour la modélisation de machines magnétiques linéaires en 2D axisymétrique (précédemment disponible uniquement en 2D planaire). Il est ainsi possible de modéliser des machines à symétrie de révolution (tubulaires) en 2D. La fonctionnalité paire périodique connecte la physique des deux côtés des maillages glissants, où la périodicité est dans la direction du mouvement. Un cas d'utilisation typique de la paire périodique est le modèle Linear Motor in 2D.

Support amélioré pour les solveurs itératifs et pour les assemblages CAO

Pour les fonctionnalités sur paires Continuité et Symétrie d'un secteur dans l'interface Courants électriques, l'interface Champs magnétiques, courants nuls, et l'interface Machine tournante, magnétique, une nouvelle option de contrainte est disponible pour le degré de liberté du potentiel scalaire nommée Contraintes de Nitsche. Ces contraintes ne nécessitent pas de maillage conforme ni de multiplicateur de Lagrange, ce qui simplifie la séquence de maillage et offre un plus grand nombre d'options pour le solveur.

L'option Contraintes de Nitsche est utilisée pour connecter les couches du circuit imprimé, où chaque couche utilise un maillage distinct. (Le visuel est ici étiré dans la direction verticale.)

Excitation en tension pour le Terminal terminé

La fonctionnalité Terminal dans l'interface Electrostatique, l'interface Courants électriques, et l'interface Champs magnétiques et électriques est dotée d'une option Terminé. Cela vous permet de connecter le terminal à une impédance qui peut représenter une charge ou une ligne de transmission. L'option Terminé a été étendue pour supporter l'excitation en tension. Cela permet de modéliser divers dispositifs MEMS piézoélectriques à haute fréquence.

Le terminal alimenté en tension, est utilisé pour modéliser une capacité interdigitée.

Modèle de dispersion de Debye pour les courants électriques

Dans l'interface Courants électriques, des modèles de polarisation dispersive ont été introduits. Ces modèles décrivent les effets transitoires dans les diélectriques faiblement conducteurs. Sous Conservation du courant, quand le type de matériau est défini sur Solide, il est désormais possible d'utiliser la loi de comportement diélectriques Dispersion. Dans le sous-noeud Dispersion, les modèles Debye ou Debye multipôlaire sont des options disponibles. Ces modèles peuvent être utilisés dans les modèles de chauffage électromagnétique (EM) pour la modélisation du bioélectromagnétisme et des tissus, par exemple, et sont disponibles pour les analyses temporelles et en domaine fréquentiel.

Le modèle de dispersion Debye multipôlaire est utilisé pour modéliser les propriétés des matériaux diélectriques dépendantes de la fréquence.

Fonctionnalité matériau piézoélectrique, multicouche dans l'interface Coque

Semblable à la fonctionnalité Matériau piézoélectrique disponible dans l'interface Coque multicouche dans les versions précédentes, une fonctionnalité Matériau piézoélectrique, multicouche a été ajoutée à l'interface Coque. Cet ajout permet d'économiser du temps d'assemblage et de calcul lors de la résolution de composites piézoélectriques minces avec l'interface Coque. Cette fonctionnalité nécessite le module Structural Mechanics.

Potentiel flottant pour les coques conductrices et les coques piézorésistives

Pour l'interface Courants électriques dans les coques et l'interface Courants électriques dans les coques multicouches, une nouvelle sous-fonctionnalité Potentiel flottant a été ajoutée aux fonctionnalités Coque conductrice et Coque piézorésistive. Le noeud Potentiel flottant est utilisé pour la modélisation d'électrode métallique à potentiel flottant. Notez que la Fonctionnalité Coque piézorésistive nécessite le module MEMS.

Fonctionnalité Densité de flux magnétique ambiant pour l'interface Champs magnétiques et électriques

Une nouvelle fonctionnalité, Densité de flux magnétique ambiant, a été ajoutée à l'interface Champs magnétiques et électriques. Il s'agit d'un moyen pratique pour ajouter un champ ambiant lors de la modélisation de métaux liquides, par exemple. Vous pouvez découvrir cette nouvelle fonctionnalité dans le tutoriel Hartmann Flow in Liquid Metal Blanket with Heat Transfer.

La fonctionnalité Densité de flux magnétique ambiant, utilisée dans la modélisation de la magnétohydrodynamique (MHD).

Nouveautés et mises à jour des tutoriels et pièces géométriques

COMSOL Multiphysics^® version 6.2 apporte de nouveaux tutoriels et de nouvelles pièces géométriques au module AC/DC.

Motor Tutorial Series

Cette série de modèles montre comment effectuer une modélisation avancée des machines électriques avec COMSOL Multiphysics^® — en 2D, 2.5D, et 3D complet, avec effets de bords inclus. Cette série étudie les performances d'un moteur synchrone à aimant permanent (souvent utilisé dans les véhicules électriques modernes).

Lien de téléchargement de l'application

Motor Tutorial Series, Geometry Parts

Ces pièces géométriques font partie de la série de tutoriels sur les moteurs. Par défaut, la géométrie comporte huit pôles de rotor avec des aimants ségmentés intégrés dans une configuration en V. Plusieurs combinaisons de rotors droits- ou inclinés, ainsi que des stators droits ou inclinés, sont supportées. Le stator comporte 48 fentes avec un enroulement en épingle à cheveux. Les pièces de la géométrie peuvent être modifiées pour répondre aux besoins spécifiques de vos modèles.

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Permanent Magnet Motor Efficiency Map

Dans un moteur en marche, une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Plusieurs propriétés qui affectent le rendement du moteur sont influencées par la température. Ce modèle évalue l'efficacité d'un moteur en prenant en compte ce comportement dépendant de la température dans un moteur à aimants permanents.

Nom de l'application:
pm_motor_2d_efficiency_map
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Permanent Magnet Motor with Campbell Diagram

Le bruit acoustique d'un moteur est étudié. Les fréquences propres de vibrations et les harmoniques sont modélisées pour une plage de vitesses du moteur. L'intensité des différentes fréquences à différentes vitesses peut ensuite être représentée dans un diagramme de Campbell.

Nom de l'application:
pm_motor_2d_campbell_diagram
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Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor

Les aimants d'un moteur à aimant permanent intérieur (IPM) forment des ponts étroits dans le noyau du rotor. Ceux-ci doivent être suffisamment robustes pour résister aux contraintes de la rotation sans affecter la performance du moteur. La densité de flux magnétique (en haut), la distribution des contraintes (en bas à gauche), et les déformations (en bas à droite) sont visualisées.

Nom de l'application:
interior_pm_motor_stress_analysis
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Magnetic–Structure Interaction in a Permanent Magnet Motor

Cet exemple illustre le couplage entre l'interface Dynamique multicorps et l'interface Machine tournante, magnétique. Pour modéliser l'interaction magnétique-structure, le mouvement du rotor est géré par un maillage mobile, qui est piloté par la force électromagnétique calculée.

Nom de l'application:
pm_motor_2d_structure_interaction
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Resonant Spiral Coil

Une bobine de fils de cuivre à 5 tours, auto-résonante est analysée en 3D et en 2D axisymétrique en utilisant l'interface Champs magnétiques et électriques. Le couplage capacitif est modélisé à l'aide d'une condition aux limites spécifique en 3D, ce qui permet d'éviter un maillage volumique coûteux.

Noms de l'application:
resonant_spiral_coil_3d
resonant_spiral_coil_2daxi
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Hartmann Flow in Liquid Metal Blanket with Heat Transfer

Dans les réacteurs de fusion nucléaire, le métal liquide interagit avec le champ magnétique ambiant dans un régime d'écoulement connu sous le nom de magnétohydrodynamique (MHD). Ce modèle illustre la MHD en couplant l'écoulement de fluide avec le champ électromagnétique et le transfert de chaleur.

Nom de l'application:
3d_hartmann_flow_with_heat_transfer
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Iron Sphere in a Magnetic Field

Cette série de tutoriels utilise une sphère en fer dans un champ magnétique comme cas d'école pour démontrer la modélisation des effets électromagnétiques. Elle comprend 4 modèles couvrant différents comportements, hypothèses, et techniques de modélisation. L'image représente le modèle de champ magnétique à 20-kHz.

Noms de l'application:
iron_sphere_bfield_00_introduction
iron_sphere_bfield_01_static
iron_sphere_bfield_02_60hz
iron_sphere_bfield_03_20khz
iron_sphere_bfield_04_13mhz
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FEM Resistor in Circuit

Ce modèle introductif illustre deux manières différentes de coupler un modèle de circuit électrique avec une simulation par éléments finis. Le cylindre est la partie en éléments finis, représentant une résistance connectée à l'interface Circuit électrique.

Nom de l'application:
circuit_fem_resistor
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