4. Работа в программе elcut

ELCUT представляет собой интегрированную диалоговую систему программ позволяющую решать следующие плоские и осесимметричные задачи:

• Линейная и нелинейная магнитостатика;

• Магнитное поле переменных токов (с учетом вихревых токов);

• Нестационарное магнитное поле;

• Электростатика;

• Электрическое поле переменных токов в неидеальном диэлектрике;

• Растекание токов в проводящей среде;

• Линейная и нелинейная, стационарная и нестационарная теплопередача;

• Линейный анализ напряженно-деформированного состояния;

• Связанные (мультидисциплинарные) задачи.

Используя ELCUT, приходится работать с разными типами документов: задачи, геометрические модели, библиотеки свойств материалов и др. Каждый документ открывается в своем отдельном окне внутри главного окна.

ELCUT использует следующие типы документов:

• Описание задачи содержит общие характеристики: тип задачи (Электростатическая, Магнитостатическая, Теплопередача и др.), класс модели (плоская, осесимметричная), точность вычислений, единицы измерения линейных размеров (миллиметры, сантиметры), систему координат (Декартову, полярную), имя файла.

• Геометрическая модель содержит полное описание геометрии задачи, метки различных ее частей и расчетную сетку конечных элементов.

• Физические свойства содержат характеристики материалов, источников поля и граничные условия для помеченных геометрических объектов модели.

Типичная последовательность шагов при решении новой задачи:

• Создание новой, пустой задачи;

• Ввод параметров задачи;

• Задание геометрии, меток объектов и построение сетки конечных элементов;

• Ввод данных о материалах, нагрузках и граничных условиях;

• Решение задачи;

• Просмотр результатов и вычисление интегральных величин.

4.1. Создание новой задачи

Чтобы создать новую задачу:

1. Выберете команду Создать из меню Файл. Появится окно для выбора типа документа, который хотите создать (рис.4.1).

Рис.4.1. Окно выбора типа документа

2. Щелкните мышью строку Задача ELCUT, затем Готово. Появится окно, в котором необходимо ввести имя новой задачи (рис.4.2).

Рис.4.2. Окно создания задачи

3. В поле Имя файла задачи ввести имя, затем Далее.

4. В появившемся окне (рис.4.3), в списке Тип задачи выберете Магнитостатическое поле, класс модели Осесимметричная, расчет Обычный. Нажать кнопку Далее.

Рис.4.3. Окно ввода параметров задачи

5. В новом окне выбрать единицы длины Миллиметры и Декартовы координаты, затем нажать кнопку Готово, после чего откроется главное окно ELCUT (рис.4.4).

6. В меню Файл выбрать команду Сохранить, чтобы сохранить описание задачи.

4.2. Задание геометрии задачи

Геометрическая модель – полное описание задачи. Оно содержит различные геометрические объекты и устанавливает связи между ними и свойствами материалов, источниками магнитного поля и граничными условиями. В системе ELCUT используются три основных типа геометрических объектов – вершина, ребро и блок.

Вершина – точка на плоскости, координаты которой введены пользователем или образованы автоматически как результат пересечения ребер.

Ребро – отрезок прямой или дуга окружности, соединяющая две вершины и не пересекающая другие ребра модели.

Рис.4.4. Окно выбора системы координат

Блок – непрерывная, возможно не односвязная, область, граница которой образована ребрами.

Вершины и ребра ограничивают блоки с различными физическими свойствами.

Чтобы начать работу с моделью в меню Правка, выберете Геометрическая модель. Откроется окно для работы с моделью (рис.4.5)

Главное окно ELCUT состоит из тех частей. Левая часть – дерево задачи, средняя – основное окно для работы с моделью, справа – справка.

Для упрощения создания объектов следует воспользоваться Сеткой привязки. Если включен режим привязки к сетке, то новые вершины могут быть созданы только в узлах сетки. Для установки шага сетки в меню Правка или в контекстном меню выберете команду Сетка привязки, в результате чего появится окно, показанное на рисм.4.6.

В поле По горизонтали введите величину желаемого шага. Если флажок Не квадратные ячейки выключен, то такое же значение появится в поле По вертикали. Очевидно, что основные размеры геометрических объектов должны быть кратными шагу сетки.

Осесимметричные задачи решаются в цилиндрической системе координат . Физические свойства и источники поля представляются не зависящими от угловой координаты . Работа с моделью проводится в плоскости . Ось симметрии геометрической модели (ось ) совмещается с горизонтальной осью декартовой системы координат и направляется вправо, ось - с вертикальной осью и направляется вверх.

Рис.4.5. Главное окно задачи

Рис 4.6. Окно установки шага сетки привязки

Чтобы создать ребра, образующие границы модели выберете команду Режим вставки в меню Правка или нажмите копку на панели инструментов Вставка вершин / ребер. Курсор мыши превратится в крестик, который будет сопровождать красная точка, изменяющая цвет при пересечении узлов сетки . Для создания ребра нужно поместить курсор в начальную точку, нажать левую кнопку мыши и, удерживая ее, переместить курсор в конечную точку. Как только кнопка будет опущена, ребро появится на экране. Создаваемое ребро может быть прямым или в виде дуги окружности. Выбор вида ребра производится щелчком мыши в выпадающем списке, расположенном на панели инструментов правее кнопки Вставка вершин / ребер. Существующие вершины могут использоваться в качестве концов (начал) новых ребер.

Создание новых геометрических объектов контролируется параметром , называемым дистанцией привязки. Новые вершины и ребра не могут быть созданы на расстоянии менее чем от существующих вершин и ребер. Если расстояние между новой вершиной и существующим ребром меньше или равно , то вершина притягивается к ребру и ребро автоматически разбивается на два участка. Это справедливо и при вводе нового ребра, новое ребро будет притянуто существующей вершиной. Управлять дистанцией притяжения можно лишь при помощи масштаба изображения.

Чтобы сделать изображение более крупным нажмите кнопку Крупнее на панели инструментов и переместите мышь в интересующую Вас область изображения. Курсор мыши при этом приобретет вид изображенный на нажатой кнопке. После щелчка левой кнопкой, выбранная область займет все окно модели. При необходимости повторным щелчком изображение можно сделать еще крупнее.

Для возврата к прежнему масштабу изображения нужно на панели инструментов нажать кнопку Мельче или кнопку Показать все, чтобы видеть модель целиком, так крупно как это возможно.

При необходимости внести изменения в геометрическую модель необходимо выделить объект подлежащий замене, удалить его и внести изменение вставкой новых вершин и ребер. Для выделения объекта необходимо выйти из режима Вставка вершин / ребер. Выход из режима вставки производится нажатием кнопки Выделение объектов или повторным нажатием кнопки Вставка вершин / ребер (эти кнопки расположены рядом). Выделяемый объект (ребро, вершина) нужно щелкнуть мышью, после чего он приобретает красный цвет. Если необходимо выделить несколько объектов, то выделение производится при нажатой и удерживаемой клавиши SHIFT или CTRL.

В завершение построения геометрической модели необходимо установить расчетную область. Магнитную систему следует окружить слоем воздуха достаточной протяженности, чтобы исключить влияние границ.

Границы области представляются ребрами.

На рис.4.7 (в качестве примера) показан разрез электромагнитного устройства и его геометрическая модель. Электромагнитное устройство состоит из цилиндрической обмотки и ферромагнитного стержня круглого сечения (якоря), втягивающегося внутрь обмотки при подключении ее к источнику питания. Геометрическая модель включает два блока и границу расчетной области. Первый блок, примыкающий к горизонтальной оси координат, представляет собой радиальное сечение якоря. Второй блок – сечение обмотки. Граница расчетной области представлена ребрами, окружающими блоки.

Рис. 4.7. Электромагнитное устройство и его геометрическая модель