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Hallo erstmals,

ich habe eine Struktur (Au + GaAs + Au), in der ich gern die eletrischen Feldlinien simulieren möchte. Welche elektrischen Parameter kann ich wo im Ansys 12.1 definieren? Eigentlich müssten dies u.a. die Durchbruchsspannung, Beweglichkeiten, Diffusionskoeffizienten, thermische Geschwindigkeiten sein. Nur leider weis ich nicht wo ich das eingeben kann. Auch die Hilfe von Ansys brachte mich nicht weiter.

Danke schon mal. 

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Nach meinen Vorstellungen kann man Feldlinien nicht simulieren, sondern höchstens berechnen. Und das auch nicht direkt, denn Feldlinien kann man keinen Wert zuordnen. Was man natürlich in einem elektrostatischen Feld berechnen kann, sind Potenziallinien, also die Potenzialverteilung. (Dazu braucht es als Materialeigenschaft nur die Permittivität.) Es lässt sich auch die Feldstärke als Funktion des Ortes berechnen und daraus mit etwas Mühe auch Feldlinien. Natürlich nur in zweidimensionalen Feldern.
Dazu habe ich hier im Forum früher mal einige Vorschläge gemacht.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Hallo wosch & andere,

danke für Deinen Hinweis. Mit den Feldlinien habe ich mich ein wenig schwammig ausgedrückt, stimmt schon.
Ich habe gerade nach Deinen früheren Vorschlägen zur Berechnung der Potenzialverteilung gesucht und leider nichts Konkretes gefunden.
Was mir noch unklar ist:
Wie lege ich die äußere Spannung an?
Wie definiere ich die Randbedingungen?
Ich nutze ANSYS Mechanical APDL. --> Brauche ich für diese Berechnung andere ANSYS-Bundles?

Danke.

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GaAs-Absorber.zip

Und hier ist noch das .db-File.
Dargestellt ist ein GaAs-Quader, der auf der Unterseite eine ganzflächige Goldelektrode hat, während auf der Oberseite mehrere strukturierte Goldellektroden vorhanden sind.
Ich bekomme es nun leider nicht hin an die Elektroden eine Spannung anzulegen. 

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Alle Knoten einer Elektrodenfläche selektieren und ihnen dann mit d,all,volt,... ein Potenzial zuweisen. (Vielleicht ist es auch sinnvoll, zunächst ein sehr einfaches Beispiel nachzuvollziehen. Wenn erforderlich, könnte ich eines raussuchen.)

(Für eine Diskussion sind Quelltexte sehr zweckmäßig, aber *.db-Files kaum.)
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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

[Diese Nachricht wurde von wosch am 01. Apr. 2010 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von wosch:
Vielleicht ist es auch sinnvoll, zunächst ein sehr einfaches Beispiel nachzuvollziehen. Wenn erforderlich, könnte ich eines raussuchen.

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Ich wäre dir sehr dankbar, wenn du mir ein Minimalbeispiel raussuchen könntest. 

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Elektrostatik_1.pdf

Eigentlich ist dazu das Buch "FEM für Praktiker Band4 Elektrotechnik" da.
Hier im Anhang die ersten beiden Beispiele dazu. Die sind allerdings 2D. Ein 3D-Beispiel könnte ich aber auch liefern.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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elektrostatik_3D.txt

Hier noch das 3D-Beispiel:

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Hallo Wolfgang,
herzlichen Dank für deine Unterstützung. Ich werde mir die Beispiele anschauen und ggf. noch mal nachfragen.
Grüße.

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Absorber.txt

So, ich habe die Beispiele verstanden und den Ansatz gleich auf mein Problem projeziert. Im Anhang befindet sie die .txt.
Bei der Berechnung des elektrischen Feldes finde ich es allerdings merkwürdig, dass das Ergebnis unabhängig von der Permittivität des Materials ist. Das kann gemäß meinem Verständis und den Formeln aber nicht so recht sein. Habe ich einen Denkfehler oder steckt der Fehler im Quelltext?

Danke schon mal. 

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So, wie der Quelltext vermuten lässt, handelt es sich hier um ein zweidimensionales Problem, was auch besser zweidimensional behandelt werden sollte. Außerdem darf man den Maximalwert der Feldstärke bei einem Problem mit einer "scharfen Kante/Ecke" nicht auswerten, oder man muss die Kante abrunden. Denn an der Kante ist die Feldstärke unendlich. Eine numerische Berechnung liefert deshalb dort einen von der Netzdichte abhängigen Wert. An einer solchen Ecke sollte möglichst dicht mit quaderähnlichen Elementen vernetzt werden.
Was ist denn das eigentliche Ziel der Untersuchung?

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Dass das eher ein 2D-Beispiel ist, ist mir gestern Abend auch noch aufgefallen. Im Prinzip reicht es für den Anfang ja auch, wenn ich statt der 5 Elektroden nur eine Elektrode mit einer halben Fuge recht und einer halben Fuge links darstelle.

Das mit der unendlichen Feldstärke stimmt auch. Habe ich nicht bedacht. Ecke abrunden wäre eine Option, nur fehlt mir gerade die Vorstellung dafür wie ich das umsetzen kann. Letztendlich habe ich eine Kante, an der nur teilweise ein Potential anliegt. Wie soll ich diese Kante "abrunden"?

Das Ziel der Untersuchung ist es, ein Gefühl für die Verteilung des elektrischen Felds zu erreichen. Hierfür sollen dann auch noch die geometrischen Abmessungen variiert werden. Und es sollen verschiedene Materialien untersucht werden, da ja eigentlich verschiedene Permittivitäten unterschiedliche Ergebnisse liefern sollten. Außerdem will ich schauen, ob es am Rand der Probe zu Überschlägen kommen könnte bzw. wie ich diese verhindern kann.

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Absorber2.txt

Ich vermute mal, dass so eine Untersuchung nicht sehr ergiebig sein wird.
Siehe Anhang!

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Danke für das Beispiel.
Nur warum sind die Ergebnisse unabhängig von der Permittivität des Materials. In dem letzen Beispiel wird "perx" ja auch nur defieniert und dann nicht verwendet. 
Das mit dem Ecken abrunden konnte ich immer noch nicht nachvollziehen. Kannst du mir das bitte nochmal an einem Beispiel zeigen?

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Natürlich wird die Permittivität in der Rechnung benutzt. Den Einfluss kann man sehr gut sehen, wenn man sich die Verschiebungsflussdichte (plnsol,d,sum) ansieht.
Es ist nun mal so, dass sie allerdings keinen Einfluss auf die Feldausbildung bei vorgegebener Spannung hat. (phi = Integral E*ds)
Für den Einfluss der Kantenrundung gibt es das instruktive Beispiel "Funkenkammer" in "FEM für Praktiker Band4 Elektrotechnik".
Allerdings lässt sich das nicht anwenden, wenn wie hier in dem Beispiel der Einfachheit halber eine Elektrode als unendlich dünn angenommen wird, denn das ist eine Idealisierung, die für viele Untersuchungen ausreicht, aber eben nicht für Vorhersagen hinsichtlich eines möglichen Durchschlags.
(Es gibt keine unendlich scharfe Kante. Denn wenn es eine gäbe, würde beim Anlegen einer Spannung die sich einstellende Feldstärke dafür sorgen, dass die Kante wegbrennt (erodiert).)

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Absorber2.txt

So, nachdem ich mich zuletzt nicht mit diesem Problem beschäftigen konnte, ist es nun wieder aktuell. 

Nun habe ich noch die beiden Elektroden mit endlichen Abmaßen eingefügt. Dabei ist es doch richtig, dass das "aovlap,all" vor dem definieren der beiden Elektroden vorkommt, oder?

Code:

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rectng,0,breite1/2+fuge/2,0,tiefe
rectng,breite1/2-fuge/2,breite1/2,0,tiefe
rectng,0,breite1/2+fuge/2,0,tiefe-fuge/2
aovlap,all
rectng,0,breite1/2,tiefe,tiefe+top_elek_h    !Topelektrode
rectng,0,breite1/2+fuge/2,0,-bot_elek_h     !Bottomelektrode

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Nachdem die Elektroden nun 2 dimensional sind, müsste ich die angelegten Potentiale ja auch für die Flächen und nicht die Linien definieren. Im Anhang liegen sie an den entsprechenden Linien an. Der folgende Code für das Anlegen an die Flächen funktioniert aber nicht. 

Code:

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!----Elektroden---------------
asel,s,,,1
d,all,volt,0
asel,s,,,2
d,all,volt,pot

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Das Abrunden der scharfen Kante nehme ich mir auch noch vor, da das Buch mit dem Beispiel der Funkenkammer besorgt ist. 

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Wenn Flächen bei einer zweidimensionalen Anordnung vor der Vernetzung nicht durch eine boolsche Funktion verbunden wurden, kennen sie sich nicht, das heißt, beim Vernetzen entstehen an gemeinsamen Begrenzungen Knoten, die nicht zu den Elementen beider Seiten gehören.

Potenziale werden bei der Rechnung immer an Knoten vorgegeben. Für eine bequemere Programmierung kann man die Knoten selektierter Flächen mit einem Potenzial belegen. Dann muss die Anweisung aber da,...,volt,.. heißen.

Für eine elektrostische Untersuchung muss man die Elektroden nicht mit modellieren. Es genügt, auf ihren Begrenzungen das Potenzial vorzugeben.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Rundung.jpg

Aja, danke.

Nachdem ich mir das Beispiel der Funkenkammer angeschaut habe, komme ich zum Schluss, das die scharfe Kante entsprechend der Skizze im Anhang abgerundet werden muss, oder?

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Rundung.jpg

Ich dachte, eher so.

(Wobei eine solche Untersuchung nicht viele Schlussfolgerungen erlauben wird.)

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Absorber3.txt

Ich komme an einer vermeintlich leichten Sache nicht weiter. Es hapert bereits an der Definition der Geometrie.

Es müssen einfach 2 Flächen zusammengefügt werden, die zusammen die obere Elektrode bilden. Leider bringt weder aadd noch aovlap einen Erfolg.
aadd,4,6
aovlap,4,6

Was mache ich falsch? Ich habe 1 h dran gewerkelt. 

Danke!

[Diese Nachricht wurde von dresdner83 am 06. Mai. 2010 editiert.]

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Absorber3.txt

Hier eine weitere Anregung. Natürlich kann die Rundung auch an anderer Stelle z.B. weiter links liegen und einen anderen Radius haben.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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