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Hallo. Ich beschäftige mich gerade in meinem Studium mit einer Magnetfeldsimulation und nutze dort ANSYS 8. Dabei habe ich folgendes Problem: ich betrachte einen Pfad entlang einer Grenzlinie von zwei Flächen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften. Dabei lass ich mir die magnetische Flussdichte entlang des Pfades anzeigen, wobei ich 30 Punkte auf dem Pfad definiert habe. Die Kurve verläuft sehr schön gleichmäßig, außer an zwei Stellen:

- linker Rand bis zum zweiten Punkt des Pfades
- vorletzter Punkt des Pfades bis zum rechten Rand

Dort treten Sprünge auf, die das Ergebnis total versauen.

Folgende Sachen habe ich schon probiert:
- Vernetzung im Bereich des Pfades erhöhen, um mehr Punkte im Pfad definieren zu können.
- Vernetzung in der direkten Umgebung des Pfades erhöhen.

Was kann ich noch machen?

Danke für Ratschläge. 

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Ohne die Kurve zu sehen, sind Aussagen schlecht möglich. Was ist denn dargestellt? Betrag oder eine Komponente der Flussdichte? Sind rechtsseitiger und linksseitiger Grenzwert bekannt, errechenbar oder errechnet? Wie ist die Lage der Pfadpunkte relativ zur Grenze?

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Zitat:

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Original erstellt von wosch:
Ohne die Kurve zu sehen, sind Aussagen schlecht möglich. Was ist denn dargestellt? Betrag oder eine Komponente der Flussdichte? Sind rechtsseitiger und linksseitiger Grenzwert bekannt, errechenbar oder errechnet? Wie ist die Lage der Pfadpunkte relativ zur Grenze?

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Hier ein Bild des Ganzen. Dargstellt ist BSUM, also das quadratische Mittel aus X- und Y-Komponente der Flussdichte. Berechnet habe ich nichts, nur kann ich doch ausschließen, dass es zu solchen Sprüngen kommen kann. An der linken Seite ist praktisch das gleiche Material wie auf dem dargestellten Stück, da ich rotationssymmetrisch rechne. Am rechten Rand schließt sich Luft an. Probleme treten immer am vorletzten zum letzten Pfadpunkt auf.

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081101.jpg

Mit dem Bild hats über IMG-Einfügen nicht geklappt. Jetzt probiere ich es als Anhang.

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081104.jpg

So, ich füge mal noch ein Bild ein, welches den geometrischen Aufbau beschreibt. Das Pfad, den ich gerade untersuche, verläuft an der Verbindungslinie von dem oberen Rechteck und dem unteren Trapez. Die roten Flächen verdeutlichen das Problem: der große rote Fleck (Gebiet) ist auf jeden Fall korrekt, nur an 2 Stellen sind numerische Probleme festzustellen (meiner Meinung nach):

1. unterhalb der Verbindungslinie im rechten Teil: der langezogene rote Keil
2. der rote Fleck links an der Seite ist auf jeden Fall falsch, denn in diesem Gebiet haben die Feldlinien den größten Abstand zueinander.

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Ohne das Problem zu kennen, lässt sich noch nichts dazu sagen.
Zur Eingrenzung vielleicht mal den Pfad verlängern und die Stützstellenanzahl erhöhen.

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Ich habe Probleme, mir eine solche Flussdichteverteilung vorzustellen. Zur Überprüfung der Sinnfälligkeit lassen sich Flusslinien, Vektorpotential und die Flussdichte als Vektor darstellen

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Die Anzahl der Punkte, die den Pfad diskretisieren habe ich bereits variiert. Was ich da beobachten konnte, dass es den linken und rechten Sprung immer weiter an den jeweiligen Rand zieht. Was zeigt, dass der Fehler jeweils zwischen dem Randpunkt und dem dazu nächsten Punkt auftritt.

Was meinst du mit Pfadverlängerung? Soll ich den Pfad über die eigentlichen Geometrieabmaße verlängern?

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081103.jpg

Zitat:

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Original erstellt von wosch:
Ich habe Probleme, mir eine solche Flussdichteverteilung vorzustellen. Zur Überprüfung der Sinnfälligkeit lassen sich Flusslinien, Vektorpotential und die Flussdichte als Vektor darstellen

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Ok, die Flusslinien verlaufen so wie im angehängten Bild.

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Hat noch jemand einen Vorschlag was ich verändern könnte? Ich bin ziemlich ratlos.

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Also, es scheint offensichtlich ein Mangel der Interpolation der Pfaddarstellung zu sein. Die Darstellung der Elementlösung sieht noch schlimmer aus.
(Ich kann mich nicht erinnern, dass das früher auch so war.)
Ein Ausweg wäre, die Pfadinterpolation als Makro selbst zu schreiben, aber hier meine ich, ANSYS muss das in Ordnung bringen. (Aber das dauert)
Als sofort gängige umständliche Möglichkeit geht:
- mit prpa,... die Werte herausschreiben
- als Datei abspeichern
- die Datei mit EXCEL öffnen
- ersten und letzten Wert durch richtigen ersetzen
- mit EXCEL Grafik erzeugen

den richtigen Wert mit der *get-Anweisung an den entsprechenden Knoten ermitteln.

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Hallo,

Ansys hat zumindest bei 3D-Analysen mit dem solid97-Element ein Permeabilitätsproblem. Modelle, die Materialien mit unterschiedlichen Permeabilitäten enthalten, können zu fehlerhafter Magnetfeldberechnung führen, insbesondere wenn die Normalenkomponente des magn. Vektorpotentials in der Grenzfläche dieser Materialien eine nicht vernachlässigbare Größe annimmt. Daher sollte bei derartigen Rechnungen immer solid117 bevorzugt werden oder an besagter Grenzfläche eine Netztrennung mit anschließender Kopplung nur der tangentialen Komponenten des magn. Vektorpotentials erfolgen. Ob diese Problematik auch bei 2D-Elementen auftritt, habe ich noch nicht überprüft.

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Gruß,
aldebaran

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Der Mangel der Interpolation, der bei meinem Testbespiel auftrat, hat die Ursache durch die Verwendung von Randelementen. Der Quelltext des hier betrachteten Beispiels ist nicht bekannt. Da solche Effekte auch durch Sprünge der Materialeigenschaften auftreten können, können weitere Empfehlungen nur anhand des konkreten Quelltexts gegeben werden.

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Leider kann ich die .mac-Datein nicht anfügen. Deshalb kopiere ich den Quelltext mal schnell hier rein:

1. konz_mesh.mac:

/BATCH
/TITLE, Flusskonzentrator
/PREP7

/com, STEP  Elementdefinition
/com,***************************

ET,1,53,,,1 ! Air, defined as element 1
ET,2,INFIN110,0,1,1 ! 0 -- AZ, 1 -- 8-node quadrilateral, 1 -- Axisymmetric
! defined as element 2
ET,3,53,2,,1 ! Current Driven in Copper, defined as element 3
ET,4,53,,,1 ! Fluxconcentrator
ET,5,53,,,1 ! Sensor

/pnum,KP,1 ! Nummerierung von Keypoints durchfuehren
/pnum,LINE,1 ! Nummerierung von Lines durchfuehren
/pnum,AREA,1 ! Nummerierung von Areas durchfuehren

/com, STEP  Variablenbelegung
/com,***************************

EMUNIT,MKS ! specifies units to be used for magnetic fields
hll = 50e-2 ! Lufthoehe
hbb = 50e-2 ! Luftbreite
ib  = 50e-3 ! Infinity
l  = 20e-2 ! Leiterlaenge
fdis= 20e-2 ! Distanz Flusskonzentrator
fb  = 1.5e-3 ! Breite des Flusskonzentrators
fh  = 2e-3 ! Hoehe des Flusskonzentrators
kb  = 0.5e-3 ! Breite des Kerns
kh  = 5e-3 ! Hoehe des Kerns
a  = 1e-3 ! Mass fuer Extra-Mesh

e_sens=0.075e-3 ! Sensorabstand

/com, STEP  Geometriedefinition
/com,***************************

! Luft

k,1,0,hll
k,2,hbb-ib/2,hll
k,3,hbb,hll-ib/2
k,4,hbb,-hll+ib/2
k,5,hbb-ib/2,-hll
k,6,0,-hll

! Infinity

k,7,0,hll+ib
k,8,hbb,hll+ib
k,9,hbb+ib,hll
k,10,hbb+ib,-hll
k,11,hbb,-hll-ib
k,12,0,-hll-ib

! Flusskonzentrator

k,13,0,fdis
k,14,fb,fdis
k,15,kb,fdis+fh
k,16,kb,fdis+fh+kh
k,17,0,fdis+fh+kh
k,18,0,fdis+fh

! Mesh

k,19,0,fdis-a
k,20,fb+a,fdis-a
k,21,fb+a,fdis+fh+kh+a
k,22,0,fdis+fh+kh+a

k,23,0,0 ! Kontrollpunkt im Ursprung, so dass Hinweg besser vernetzt

k,24,kb,fdis+fh+0.05*kh
k,25,0,fdis+fh+0.05*kh
k,26,0,fdis+0.95*fh
k,27,kb+0.05*(fb-kb),fdis+0.95*fh
k,28,kb+0.05*(fb-kb),fdis+fh+0.05*kh

!k,23,0,fdis+fh+kh+10e-2 ! Kontrollpunkt

l,1,2 ! 1
l,2,3 ! 2
l,3,4 ! 3
l,4,5 ! 4
l,5,6 ! 5

l,7,8 ! 6
l,8,9 ! 7
l,9,10 ! 8
l,10,11 ! 9
l,11,12 ! 10

l,1,7 ! 11
l,2,8 ! 12
l,3,9 ! 13
l,4,10 ! 14
l,5,11 ! 15
l,6,12 ! 16

l,6,23 ! 17
l,13,14 ! 18
l,14,27 ! 19
l,24,16 ! 20
l,16,17 ! 21
l,17,25 ! 22
l,26,13 ! 23
l,18,15 ! 24
l,19,20 ! 25
l,20,21 ! 26
l,21,22 ! 27
l,13,19 ! 28

l,22,17 ! 29
l,22,1 ! 30

l,19,23 ! 31

l,15,24 ! 32
l,18,25 ! 33
l,18,26 ! 34
l,27,15 ! 35
l,27,28 ! 36
l,28,24 ! 37

AL,1,12,6,11 ! A1
AL,2,13,7,12 ! A2
AL,3,14,8,13 ! A3
AL,4,15,9,14 ! A4
AL,5,16,10,15 ! A5

A,1,2,3,4,5,6,23,19,20,21,22,1 ! A6 Innenraum: Luft

AL,18,19,35,24,34,23 ! A7
AL,20,21,22,33,24,32 ! A8
A,13,14,27,15,24,16,17,22,21,20,19,13 ! A9

!CYL4,XCENTER,YCENTER,RAD1,THETA1,RAD2,THETA2,DEPTH
!Creates a circular area or cylindrical volume
cyl4,l/2,0,e_sens/2 ! A10

!ASBA, NA1, NA2, SEPO, KEEP1, KEEP2
!Subtracts areas from areas.
asel,S,AREA,,6
asel,A,AREA,,10
asba,all,10,,DELETE,KEEP ! com, schneidet A10 aus A6 heraus
asel,all

/com, STEP Materialeigenschaften
/com,**************************

MP,MURX,1,1 ! air: magnetic relative permeability
MP,RSVX,1,1e1 ! air: electrical resistivity
MP,MURX,3,.9999904 ! copper: magnetic relative permeability
MP,RSVX,3,1.72e-8 ! copper: electrical resistivity
MP,MURX,4,2000 ! nickel: magnetic relative permeability
MP,RSVX,4,7e-8 ! nickel: electrical resistivity
MP,MURX,5,200 ! galfenol: magnetic relative permeability
MP,RSVX,5,1e-6 ! galfenol: electrical resistivity

/com, STEP Attributzuweisung
/com,*************************

asel,S,AREA,,10 ! com Kreisring A9
aatt,3,,3 ! Windung
! com associates attributes

asel,S,AREA,,6 ! com Innenraum A6
aatt,1,,1 ! Luft

asel,S,AREA,,9 ! com Innenraum A9
aatt,1,,1 ! Luft

asel,S,AREA,,1,5,1 ! com Umrandung A1...5
aatt,1,,2 ! Infinity 8-node

asel,S,AREA,,7 ! com Flusskonzentrator
aatt,4,,4

asel,S,AREA,,8 ! com Sensor aus Galvinol
aatt,5,,5

asel,all

/com, STEP  Elementgroessenfestlegung
/com,**********************************

lplo

/com, STEP  Vernetzung
/com,*******************

/gopr    ! Jetzt erscheint wieder alles auf dem Bildschirm.

lsel,all
lsel,s,,,32,35,1 ! com, Kreis
LESIZE,all,e_sens/8

lsel,all
LESIZE,1,ib
LESIZE,6,ib*1.02 ! hbb/(hbb-ib)
LESIZE,2,,,1 ! Ecke rechts oben
LESIZE,13,,,1 ! Ecke rechts oben
LESIZE,7,,,1 ! Ecke rechts oben
LESIZE,12,,,1 ! Ecke rechts oben
LESIZE,3,ib
LESIZE,8,ib*1.1 ! hbb/(hbb-ib)
LESIZE,4,,,1 ! Ecke rechts unten
LESIZE,15,,,1 ! Ecke rechts unten
LESIZE,9,,,1 ! Ecke rechts unten
LESIZE,14,,,1 ! Ecke rechts unten
LESIZE,10,ib*1.02 ! hbb/(hbb-ib)
LESIZE,5,ib
LESIZE,17,ib

lsel,all
LESIZE,21,ib/1000
LESIZE,24,ib/3000
LESIZE,20,ib/1000
LESIZE,22,ib/1000
LESIZE,18,ib/1000 !(900/(fb/kb))
LESIZE,23,ib/1000
LESIZE,19,ib/1000*(sqrt((fb-kb)*(fb-kb)+fh*fh)/fh)
LESIZE,29,ib/1000
LESIZE,25,ib/1000
LESIZE,26,ib/1000
LESIZE,27,ib/1000
LESIZE,28,ib/1000
LESIZE,31,ib/20
LESIZE,32,ib/15000
LESIZE,33,ib/4000
LESIZE,34,ib/4000
LESIZE,35,ib/15000*(sqrt((fb-kb)*(fb-kb)+fh*fh)/fh)
LESIZE,36,ib/15000
LESIZE,37,ib/15000

lsel,all
AMESH,1,11 ! com, generates nodes in area1...11

/pnum,mat,1
eplo

2. konzentrator.mac

/com, STEP Randbedingungen, Speichern
/com,*********************************
/PREP7

lsel,s,,,7 ! Markierung der abgeschraegten Ecken
lsel,a,,,9 ! Markierung der abgeschraegten Ecken
sfl,all,inf
lsel,all

nsel,s,loc,y,-hll-ib
nsel,a,loc,x,hbb+ib
nsel,a,loc,y,hll+ib
sf,all,inf

nsel,all
save
finish

/SOLU
ANTYPE,STATIC

!Create a PLANE53 massive conductor in the finite element model
!with the appropriate degree of freedom option (KEYOPT(1) = 4).
!Define the conductor real constants.
!Select all the nodes of the PLANE53 conductor elements and couple
!them in the CURR degree of freedom and in the EMF degree of freedom.

ESEL,S,MAT,,3          ! GET COIL ELEMENTS
NSLE,S
CP,1,CURR,ALL 
CP,1,EMF,ALL 

!2.3.1.11. For voltage-fed stranded coil regions:
!CARE Coil cross-sectional area. This constant represents the true physical
!cross-section of the stranded coil regardless of any symmetry modeling considerations.
!TURN Total number of coil turns. This constant represents the total number of winding
!turns in a stranded coil regardless of any symmetry modeling considerations.
!LENG Coil length in Z-direction. For 2-D planar problems, this constant represents the
!true length of the coil and allows for modeling coils of varying length to account
!for proper electrical characterization.
!DIRZ Current direction. This constant assigns a direction to the current flow.
!The current can flow either into the coil or out of the coil. For details, see the
!description of element PLANE53 in the ANSYS Elements Reference.
!FILL Coil fill factor. The fill factor represents the fraction of the coil
!cross-section that the coil windings occupy. This factor affects the coil resistance
!(and you can use it to "adjust" coil resistance).
!Real Constants: CARE, TURN, LENG, DIRZ, FILL,
R,1,4.4E-9,1,,,1

asel,all
bfa,10,JS,,,1E9  !z-component
! *** ERROR ***             
! Real constant set 1 undefined but referenced by element 2908.
!*** ERROR ***                          CP=    165.016  TIME= 15:11:30
! BFE,JS load is not applicable to A-VOLT DOFs.  Apply F,AMPS instead.   

!4.5. Applying Boundary Conditions and Loads (Excitation)
!Current (AMPS) is a nodal current load that applies only to massive
!(solid) conductor regions with an impressed current. It represents the
!total measurable current flow through the conductor (units of current),
!and is valid only for 2-D planar and axisymmetric models and 3-D models.

!For the 2-D elements PLANE13 and PLANE53, this load requires the AZ, VOLT
!degree of freedom set in the conductor region.

!To apply a uniform current load through a cross-section of the skin-effect
!region, you must couple the VOLT degrees of freedom across that cross-section
!by CP command.

!In 2-D planar and axisymmetric models, simply select all nodes in the skin
!effect region and couple their VOLT DOFs. Use one of the methods below to
!apply the current to a single node in the cross-section:
!Command(s): F,,AMPS
!F,ALL,AMPS,100,0 ! 100 A  ! Harmonic Analysis
!F, NODE, Lab, VALUE, VALUE2, NEND, NINC
!*** WARNING ***                        CP=    61.250  TIME= 14:43:22
!A skin effect analysis for element PLANE53 in analysis type= 0 is     
!invalid. Use analysis type=3 (HARMONIC) or analysis type=4 (TRANSIENT).

!MAGSOLV,2                  !RSP
nsel,all
esel,all
solve
finish

!/cval,1,0,.001,.005,.02,.1,.5,1
!/cval,1,-0.1,-0.001,.001,.005,.02,.1,.5,1

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und hier noch die betroffenen Pfade:

3. path.mac

/POST1
PATH,P1X,2,,30 ! Define PATH with NAME = "SensorseiteBz"
PPATH,1,,0e-3,202e-3 ! Beginn bei x=..., y=...
PPATH,2,,0.5e-3,202e-3 ! Ende bei x=..., y=...
PDEF,P1X,B,X

PATH,P1Y,2,,30
PPATH,1,,0e-3,202e-3
PPATH,2,,0.5e-3,202e-3
PDEF,P1Y,B,Y ! untere Seite des Flusskonzentrators

PATH,P1SUM,2,,30
PPATH,1,,0e-3,202.05e-3
PPATH,2,,0.5e-3,202.05e-3
PDEF,P1SUM,B,SUM

PATH,P2X,2,,100
PPATH,1,,0.45e-3,202e-3
PPATH,2,,0.45e-3,207e-3
PDEF,P2X,B,X

PATH,P2Y,2,,100
PPATH,1,,0.45e-3,202e-3
PPATH,2,,0.45e-3,207e-3
PDEF,P2Y,B,Y ! obere Seite des Flusskonzentrators

PATH,P2SUM,2,,100
PPATH,1,,0.45e-3,202e-3
PPATH,2,,0.45e-3,207e-3
PDEF,P2SUM,B,SUM

! Print B along coil axis
/SHOW,,GRPH,1
!PLPATH,BZ
!PRPATH,BZ

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pfadproblem.txt

Quelltexte solcher Länge sind als Anhang besser. Dazu den Suffix in txt abändern.
Quelltexte solchen Umfangs sind nicht gut zur Fehlersuche geeignet. Einer, der besser geeignet wäre, ist als Anhang angefügt.
Bezüglich der Geometriegenerierung ist zu empfehlen, in die Bibliothek zu gehen und das Buch FEM für Praktiker, Band 4 auszuleihen.

Grundproblem scheint hier die Tatsache zu sein, dass das verwendete Element (plane53) für die Seitenmittenknoten keine Lösung für die Flussdichte liefert. Der Pfad sollte also nicht mit einem Seitenmittenknoten beginnen und auch nicht damit enden.
(Übrigens sieht die Verwendung der magnetischen Feldstärke besser aus. Sie lässt sich durch µ_rel teilen und dann als B darstellen.)

Schlussfolgerung: Geometrie so generieren, dass am gewünschten Pfad keine Seitenmittenknoten liegen. (Oder alle Knoten der Kanten des Pfadbeginns und Pfadendes deselektieren)

(Weitere Diskussionen dazu erwünscht.)

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Zitat:

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Original erstellt von wosch:
Quelltexte solcher Länge sind als Anhang besser. Dazu den Suffix in txt abändern.

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Das habe ich auch probiert, nur hat da heute an der Uni die Formatierung nicht gestimmt...

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@ wosch:

Ok, danke für die Antwort. Ich werde probieren sie umzusetzen.

Noch schnell eine andere Frage. Wenn ich die Flussdichte über einen Pfad LIST RESULTS -> PATH ITEMS direkt in ein Textfile auslesen möchte, wie sieht dann das Kommando für das mac-file aus? Das geht doch sicher, oder?

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Ich mache das immer mit prpath,.... (analog zu von plpath,....) im interaktiven Betrieb. Das dann aufgehende Fenster speichere ich unter neuem Namen ab.
(Jede Überautomatisierung erfordert Aufwand und birgt die Gefahr der Produktion von Datenmüll.)

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