Aplicaciones

Opera

El software de simulación de Opera es un conjunto de software de análisis de elementos finitos que permite a los usuarios realizar simulaciones de sistemas electromagnéticos (EM) y electromecánicos en 2 y 3 dimensiones. Opera complementa el portfolio actual de SIMULIA EM y su punto fuerte es la simulación de baja frecuencia, que resulta muy útil para el diseño de imanes, motores eléctricos y otras máquinas eléctricas.

Dispositivos con partículas cargadas

El módulo de partículas cargadas calcula la interacción de las partículas cargadas en campos electrostáticos y magnetoestáticos. Utiliza el método de elemento finito a fin de resolver las ecuaciones de Maxwell para el caso de estado estable en un modelo individualizado y proporciona una solución autoconsistente que incluye los efectos de la carga de espacio, los campos automagnéticos y el movimiento relativista.

Se proporciona un conjunto completo de modelos de emisor, que incluye emisión de efectos termiónicos y de campo de superficies, emisiones secundarias de superficies y dentro de volúmenes (utilizadas para modelar la ionización de gas), y modelos para plasmas magnetizados y no magnetizados.

Es posible incluir varias especies de partículas cargadas, cada una con carga y masa definidas por el usuario. La emisión de campo, en comparación con la emisión termiónica, puede ser un mecanismo más atractivo para extraer electrones de los cátodos, ya que los electrones se emiten a temperatura ambiente (cátodo frío) por el efecto de campo mecánico cuántico, que requiere menos energía eléctrica. Los emisores de nanotubos de carbono son cada vez más populares y, debido a su tamaño, pueden utilizarse en más dispositivos portátiles.

Imanes y protección

Opera ha consolidado su posición como la principal herramienta de diseño FEA para imanes de todo tipo por su precisión constante, facilidad de uso y capacidad para gestionar simulaciones grandes y complejas de forma rutinaria.

La comunidad científica utiliza ampliamente Opera para diseñar imanes para su uso en aceleradores de partículas, dispositivos de haz de iones, IRM/RMN y una amplia variedad de otros dispositivos magnéticos. El software centrado en las aplicaciones ha evolucionado a lo largo de los años y actualmente ofrece una simulación multifísica completa capaz de analizar la tensión y la temperatura, además del electromagnetismo.

El software también puede realizar un seguimiento de las partículas cargadas a través de campos electromagnéticos. La aplicación de IRM/RMN es muy exigente en respuesta a la precisión de campo extremadamente alta en la zona de adquisición de imágenes. Opera proporciona herramientas especiales para ayudar al ingeniero de diseño a analizar los fenómenos conocidos como quench (pérdida repentina de la superconductividad) y a diseñar los circuitos de protección pertinentes. Actualmente, el software proporciona una simulación multifísica completa capaz de analizar la tensión y la temperatura, además del electromagnetismo.

Entre los resultados estándar (en función de la solución realizada) se incluyen:

  • Distribución de campo
  • Homogeneidad de campo y gradientes
  • Coeficientes de análisis de Fourier
  • Coeficientes polinómicos de Legendre asociados
  • Campos de picos en bobinas
  • Eficacia del campo de dispersión magnética/blindaje (EMC/EMI)
  • Trayectorias del haz de partículas
  • Rendimiento dinámico de imanes pulsados
  • Fuerzas y pérdidas: bobinas, horquillas y blindaje
  • Deformación y tensión debido a la carga mecánica
  • Enfriamiento antes de tensión
  • Propagación de quench
  • Rendimiento del circuito de protección
  • Tensiones entre vueltas y entre capas
  • Frecuencias propias y factores Q.
Pulverización catódica con magnetrón

El revestimiento por pulverización catódica se utiliza ampliamente para la fabricación de películas finas en una gran variedad de aplicaciones, desde revestimientos decorativos y de baja emisividad en vidrio hasta recubrimientos de ingeniería en productos utilizados en las aplicaciones más exigentes de hoy en día. La optimización de las propiedades de la película depositada y la utilización del blanco de pulverización catódica son fundamentales para el rendimiento del producto final y para la economía del proceso. Opera combina análisis precisos de elementos finitos con modelos detallados para plasma, pulverización catódica y deposición de películas para proporcionar las primeras herramientas prácticas para el diseño y la optimización de magnetrones.

Por primera vez, los diseñadores de magnetrones y recubridores por pulverización catódica tienen acceso a una herramienta de simulación de diseño eficaz. En muchas áreas de ingeniería y diseño de productos, estas herramientas han demostrado su capacidad para mejorar el rendimiento, reducir los costos y los plazos de desarrollo, así como para ayudar en la innovación y proporcionar una ventaja competitiva.

Las funciones de simulación de Opera de especial relevancia para los diseñadores de magnetrones incluyen:

  • Evaluación y diseño del sistema 3D completo mediante la simulación avanzada de elementos finitos
  • Cálculos de campos magnéticos durante la simulación
  • Inclusión de campos de dispersión de magnetrones adyacentes en un entorno de recubridores multimagnetrón
  • Modelado autoconsistente de partículas cargadas, que incluye la carga de espacio y los efectos relativistas
  • Evaluación rápida de las variantes de diseño
  • Optimización multivariable y multiobjetivo

 

Con Opera, el diseñador puede predecir y optimizar:

  • Perfiles de ranura de erosión
  • Utilización del blanco
  • Perfiles de revestimiento de sustrato
  • Dinámica del revestimiento: características y calidad
Firmas marinas y protección catódica

Con el desarrollo de modelos avanzados de firmas electromagnéticas, sistemas de protección catódica y la solución de problemas de detección electromagnética inversa, la simulación electromagnética avanzada de Opera ha demostrado ser un complemento indispensable para diseñadores e ingenieros marítimos.

La mitigación de las firmas de campos eléctricos y magnéticos es una parte importante del proceso de diseño de una embarcación naval. Opera se ha utilizado ampliamente durante muchos años como herramienta de simulación para la evaluación de firmas desmagnetizadas y sin desmagnetizar, con altos niveles de precisión en los ejercicios de validación y flexibilidad para optimizar las posiciones de las bobinas desmagnetizadas.

Los usuarios de Opera pueden modificar fácilmente los modelos creados para la evaluación de firmas magnéticas a fin de permitir el modelado de sistemas de protección catódica utilizando el mismo módulo de simulación de Opera. El análisis de la protección catódica requiere un modelo de la superficie exterior de la embarcación, incluidos ánodos de corriente impresa, ánodos de sacrificio, y áreas pintadas y sin protección.

Los resultados de Opera tras el posprocesamiento permiten el análisis de muchos resultados útiles, entre ellos:

  • Posible distribución en la embarcación, que muestra la eficacia del sistema CP
  • Distribución del campo eléctrico en cualquier lugar en el volumen modelado del mar y del lecho marino
  • Distribución actual de la densidad en cualquier lugar en el volumen modelado del mar y del lecho marino
  • Campo magnético resultante de corrientes que fluyen en el mar y el lecho marino

 

Motores y generadores

Opera es un potente paquete de software interactivo de análisis de elementos finitos (FEA) que ha demostrado que proporciona un modelado preciso de campos electromagnéticos para todo tipo de máquinas, incluidos dispositivos de movimiento lineal y topologías de flujo axial. Hay disponibles solvers electromagnéticos y de otras propiedades físicas, que proporcionan diferentes niveles de complejidad de análisis, para ofrecer a los usuarios las mejores herramientas para sus requisitos. Las opciones completas de modelado de material (incluido magnetización, desmagnetización en servicio y modelo de material de histéresis de vector completo), así como la definición sencilla de circuitos de accionamiento externos tiene por objetivo facilitar el diseño de las máquinas. El optimizador integrado proporciona una ruta eficaz desde el concepto hasta el producto competitivo. El entorno de máquinas es una herramienta de desarrollo basada en plantillas y fácil de usar, que se ha diseñada específicamente para ingenieros de máquinas eléctricas. En función de la complejidad geométrica y la simetría, los usuarios tienen la opción de utilizar Opera 2D u Opera 3D.

El solver estático de Opera proporciona una representación precisa del comportamiento electromagnético de la máquina. Esta representación resulta útil para determinados tipos de máquinas en las que los campos se pueden considerar "congelados" en el tiempo (como en el caso de máquinas de CC) o que se desplazan a la misma velocidad que el rotor (máquinas síncronas). Los usuarios pueden implementar solvers de estado estable (CA dependiente del tiempo) para el análisis de máquinas que incluyen campos dependientes del tiempo, por ejemplo, una máquina de inducción o la caracterización del par motor frente al deslizamiento.

Los solvers de movimiento permiten a los usuarios analizar completamente el rendimiento real de cualquier máquina. Aquí también se incluye el análisis de los efectos del acoplamiento mecánico. La gama de solvers de Opera para pérdidas permite a los usuarios evaluar pérdidas de hierro (incluido corriente de Foucault, histéresis y componentes de exceso/rotación) para cualquier tipo de máquina. Esto se puede hacer mediante métodos de posprocesamiento o directamente durante la solución a partir de las curvas de los fabricantes. Los usuarios pueden calcular pérdidas de cobre simplemente a partir de la corriente que fluye por los devanados simulados. El solver de histéresis de Opera ofrece a los usuarios la capacidad de obtener pérdidas de histéresis explícitamente (incluido pérdidas de componentes rotacionales y pérdidas de corriente de Foucault). Se puede usar cualquier cantidad de pérdida como fuente de calor en análisis térmicos 2D o 3D.

Transformadores y reactores

El conjunto de simulación de Opera utiliza el método de elementos finitos para simular el comportamiento eléctrico, térmico y estructural de dispositivos y sistemas. Opera, una herramienta de creación de prototipos virtuales que se puede utilizar para explorar variantes de diseño, así como para optimizar y perfeccionar diseños, ofrece resultados de prueba que pueden ser tan precisos como las pruebas físicas.

Con Opera, los fabricantes de sistemas de alimentación y dispositivos asociados que diseñan productos para satisfacer las demandas del mundo moderno pueden aumentar la eficiencia y desarrollar soluciones más compactas y con un menor impacto medioambiental. Opera satisface estos requisitos, que suelen considerarse elementos diferenciadores, y permite el diseño de productos innovadores y excepcionalmente optimizados. Los diseñadores recurren crecientemente a Opera para que les ayude en el cada vez más costoso y laborioso proceso de desarrollo convencional de las iteraciones de diseño y la creación/prueba de prototipos físicos.

  • Evaluación de dispositivos 3D mediante la simulación avanzada de elementos finitos
  • Representaciones completas de materiales no lineales y ortotrópicos locales para aplicaciones electromagnéticas y térmicas
  • Pruebas rápidas de variantes de diseño
  • Pruebas en condiciones reales (es decir, en todas las condiciones de funcionamiento y fallo)
  • Inclusión de la fuente de alimentación y carga
  • Inclusión de análisis térmico y estructural
  • Integración con Opera Optimizer

 

Entre los resultados estándar (en función de la solución realizada) se incluyen:

  • Eficiencia
  • Inductancias
  • Curvas de saturación
  • Análisis de cortocircuitos
  • Análisis de circuito abierto
  • Prueba de carga/corriente de entrada
  • Transitorios de activación
  • Pérdidas: cobre, corriente de Foucault, histéresis
  • Análisis del campo de dispersión magnética/blindaje (EMC/EMI)
  • Fuerzas dinámicas en bobinas