260 Глава 10 Теоретическое описание
Вектор вращающего момента параллелен оси z для плоской задачи и тождественно равен нулю в осесимметричном случае. Момент рассматривается относительно начала координат. Момент относительно любой другой точки может быть получен добавлением слагаемого F × r0, где F - суммарная сила и r0 – радиус-вектор точки, относительно которой вычисляется момент.
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.
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.
Мультидисциплинарные (связанные) задачи 261
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.
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.
262 Глава 10 Теоретическое описание
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.
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.
Мультидисциплинарные (связанные) задачи 263
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 задачеисточнике;
•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.