285

Мультидисциплинарные (связанные) задачи

ELCUT позволяет переносить источники поля (распределенные нагрузки), рассчитанные в одной задаче, в задачи другого типа. Предусмотрены следующие типы связи между задачами:

Поле температур, обусловленное джоулевыми потерями в задачах электрического поля постоянных и переменных токов, задаче магнитного поля переменных токов или нестационарной магнитной задаче.

Анализ механических напряжений с учетом рассчитанного распределения температуры.

Расчет механических напряжений, вызванных магнитными и электрическими силами.

Запоминание магнитного состояния вещества для использования в последующих, линеаризованных задачах расчета магнитного поля.

Расчет магнитного поля переменных токов с учетом зависимости электропроводности материалов от температуры.

Специальный тип связанных задач позволяет переносить распределение поля из одной задачи (стационарной или нестационарной) в другую нестационарную задачу. Этим способом задается ненулевое начальное распределение поля в нестационарной задаче. Такой тип связи возможен в нестационарных магнитных и тепловых задачах.

В связанной задаче, в дополнение к источникам (нагрузкам), перенесенным из другой задачи, могут быть заданы прочие источники, как в обычной задаче.

Вы можете совместить разные типы связи в одной задаче. Например, после расчета распределения электрических и магнитных полей в разных задачах, использующих один и тот же файл геометрии модели, можно рассчитать распределение температуры, вызванное джоулевыми потерями, а затем - механические напряжения, вызванные действием температурных деформаций, электрической и магнитной сил одновременно.

В дальнейшем изложении назовем задачу, из которой переносятся данные – задачей-источником, а задачу, в которую переносятся данные - целевой задачей.

ELCUT накладывает некоторые ограничения на связанные задачи:

Как задача-источник, так и целевая задача должны использовать один и тот же файл геометрии модели.

Обе задачи должны использовать одну и ту же систему координат (декартову или цилиндрическую).

К моменту решения целевой задачи задача-источник должна быть решена.

286 Глава 11 Теоретическое описание

Замечание. Несмотря на требование единого файла модели для обеих задач, их расчетная область может не совпадать, поскольку часть подобластей, используемая в одной задаче, может быть исключена из рассмотрения в другой.

Учет джоулевых потерь в тепловой задаче

При переносе данных из задачи электрического поля токов в тепловую задачу, мощность тепловыделения рассчитывается по закону Джоуля-Ленца. Она учитывается в каждой подобласти, включенной в рассмотрение в обеих задачах. При переносе данных из нестационарной магнитной задачи или задачи магнитного поля переменных токов джоулевы потери рассматриваются во всех проводящих областях. При переносе данных из нестационарной электромагнитной задачи в нестационарную тепловую задачу предполагается, что оба процесса протекают одновременно. Используя эту возможность, можно смоделировать и рассчитать процесс нагрева от изменяющихся во времени токов (включая вихревые токи) в различных устройствах.

Учет распределения температур в задаче теории упругости

При расчете термических деформаций по полю температур, перенесенному из тепловой задачи, начальные деформации учитываются в каждой подобласти, включенной в рассмотрение в обеих задачах, если в подобласти задано ненулевое значение коэффициента теплового расширения (или хотя бы одной из его компонент в анизотропном случае). При переносе теплового поля из нестационарной задачи нужно указать соответствующий момент времени.

Учет магнитных сил в задаче теории упругости

При переносе магнитных сил в задачу теории упругости:

Объемные силы учитываются во всех блоках, включенных в рассмотрение в обеих задачах, если подобласть обладает нелинейными магнитными свойствами, или в подобласти протекает ток (по закону Лоренца).

Поверхностные силы учитываются на всех границах, разделяющих подобласти с разными магнитными свойствами, границах, несущих поверхностный ток, или внешних границах области (в смысле магнитной задачи). Поверхностная сила учитывается даже в том случае, если подобласть, к примеру, слева от границы исключена из рассмотрения в магнитной задаче, а подобласть справа - в механической.

При переносе магнитных сил из нестационарной задачи необходимо указать момент времени, для которого будут рассчитаны силы.

Мультидисциплинарные (связанные) задачи 287

Учет электрических сил в задаче теории упругости

При переносе электрических сил в задачу теории упругости:

Объемные силы учитываются во всех подобластях, включенных в рассмотрение в обеих задачах, если в подобласти задана плотность распределенного заряда.

Поверхностные силы учитываются на всех границах, разделяющих подобласти с разной диэлектрической проницаемостью, границах, несущих поверхностный заряд, или внешних границах области в смысле электростатической задачи. Поверхностная сила учитывается даже в том случае, если подобласть, к примеру, слева от границы исключена из рассмотрения в электростатической задаче, а подобласть справа - в механической.

Запоминание магнитного состояния вещества

Решая задачу магнитостостатики с учетом насыщения материала, мы можем запомнить магнитное состояние вещества в задаче-источнике для использования в последующих целевых задачах.

Объектом переноса является значение магнитной проницаемости вещества, вычисленное в каждом конечном элементе задачи-источника:

В нелинейных материалах переносится значение магнитной проницаемости, вычисленное с учетом величины индукции магнитного поля в задаче-источнике;

В линейных материалах запоминается магнитная проницаемость, которая была задана в качестве свойств метки блока в задаче-источнике.

Целевая задача станет линейной, то есть магнитная проницаемость вещества больше не будет зависеть от рассчитанного магнитного поля.

Запоминание магнитного состояния равносильно фиксации рабочей точки магнитной системы. В результате фиксации появляется возможность определять в целевых задачах дифференциальные собственные и взаимные индуктивности многообмоточных систем, рассчитывая для каждой из обмоток магнитный поток, вызванный действием только одной из обмоток системы.

Учет зависимости электропроводности от температуры

Зависимость электропроводности материала от температуры может быть использована в задачах: