Программы для моделирования электромагнитных и тепловых задач в 2D и 3D

Все перечисленные ниже программы позволяют считать индукционные системы с достаточно хорошей степенью точности и достоверности. Главное отличие программ - время расчета конкретной электромагнитной и тепловой задачи (скорость решателя), возможности и скорость построителя сетки, удобство интерфейса.

1. Femm (www.femm.info)

Программа бесплатная. Только 2D. Может считать, как электромагнитную задачу, так и тепловую. Совместно их решать, вроде, не умеет. Отличается простым интерфейсом. Имеет не очень большую базу материалов, но основные материалы есть. Считает простые задачи достаточно точно. Вполне можно использовать для простых электромагнитных 2D задач.

2. Maxwell (www.ansys.com)

Считает только электромагнитные задачи. Может считать в 2D и 3D. Тепло не считает, но в последних версиях добавили связь с Ansys. Т.е. можно считать совместную задачу. Электромагнитную в Maxwell, а тепловую в Ansys. С достаточно большими задачами справляется плохо. Сетка в несколько миллионов элементов для него практически не посильная задача. Автоматический оптимизатор сетки есть, но для больших задач он слишком медлителен. Точность расчета весьма хорошая. Есть механизм коррекции B(H) от температуры для материала. (Например, стали)

3. Ansys multiphysics (www.ansys.com)

Очень мощная программа. Может считать практически любые задачи. Содержит множество решателей. Имеет большое распространение в России. Хорошая поддержка. Может считать электромагнитные и тепловые задачи в 2D и 3D. Для 3D не очень хороший и быстрый построитель сетки. Сетку лучше бить ручками, хотя это и достаточно долго для 3D. Считает в 3D тоже не очень быстро. Зато к электромагнитной и тепловой задаче можно прикрутить еще и механику (деформацию).

4. MagNet и ThermNet 2D/3D (www.infolytica.com)

Эти два модуля для электромагнитной и тепловой задачи. Есть еще OptiNet с помощью которого можно проводить оптимизацию параметров модели. Распространение в России получил слабое. Хотя заграничные статьи по расчету индукционных систем с помощью этих программных продуктов я видел. Я пробовал считать электромагнитную задачу в 7-й версии, но результат мне не понравился. На простой задачи я получил при весьма мелкой сетке, достаточно не красивое распределение токов. При этом время расчета простой задачи было весьма велико. Существенно выше, чем в Elcut, Ansys или Jmag.

5. Jmag Designer (www.jmag-international.com)

Выбор автора. Очень интересный и быстро развивающийся программный продукт. Русский форум http://maxwell.ipboard-net.ru/index.php?showforum=13

  • Jmag Designer имеет следующие модули для решения задач:
  • Magnetic Analysis – для решения электромагнитных задач в 2D и 3D
  • Thermal Analysis – для решения тепловых задач только в 3D (увы)
  • Electric Field Analysis – для решения электрических задач в 2D и 3D
  • Structural Analysis – для решения задач упругой деформации в 2D и 3D

К сожалению, тепло считается только в 3D, но можно совместить 2D электромагнитную задачу с 3D тепловой. Есть механизм коррекции B(H) от температуры для материала. (Например, стали) Несколько по-другому механизм реализован, чем в Maxwell. Примеров, правда пока не встречал и этим механизмом я пока не пользовался.

Наиболее эффективен Jmag Designer для решения 3D задач. Он имеет просто отличный построитель сетки для 3D моделей. Можно бить сетку, как в автоматическом режиме, так и в ручном. Имеет множество настроек для автоматического режима. Скорость расчета – одна из лучших. При достаточном объеме памяти способен переварить до 10 млн. элементов сетки без особых проблем.

Точность расчета была проверена на практике и не вызывает никаких нареканий. Рекомендую к использованию.

6. Elcut (www.elcut.ru) Международное название Quickfield (www.quickfield.com)

Elcut – это практически единственный Российский программный пакет для инженерного моделирования электромагнитных, тепловых и механических задач методом конечных элементов. Разработчик находится в С-Петербурге: ПК "ТОР".

Дружественный пользовательский интерфейс, простота описания даже самых сложных моделей, широкие аналитические возможности комплекса и высокая степень автоматизации всех операций позволяют разработчику полностью сосредоточиться на своей задаче. Можно начать работу с ELCUT практически сразу, не отвлекаясь на изучение математических основ вычислительных алгоритмов и особенностей их реализации.
ELCUT содержит модули для решения задач:

  • Магнитостатики
  • Синусоидального магнитного поля
  • Нестационарного магнитного поля
  • Электростатики
  • Электрического поля постоянных токов
  • Электрического поля переменных токов
  • Теплопередачи
  • Упругих деформаций

Считает только 2D задачи. Для индукционного нагрева используется модуль синусоидального магнитного поля, теплопередачи и может еще использоваться модуль упругих деформаций.

Программный пакет стоит, сравнительно с зарубежными конкурентами, не очень дорого. Есть скидки для ВУЗов. Считает достаточно быстро и точно. Хорошая поддержка. Разработчики в России. Знаю несколько организаций, где используют этот программный продукт.

7. Cedrat flux 2D/3D (www.cedrat.com)

Французский программный продукт. Этот программный продукт известен мне достаточно давно. Но в России большого распространения не получил. На сайте есть примеры и статьи использования в задачах индукционного нагрева. Может считать электромагнитные и тепловые задачи в 2D и 3D. Интерфейс достаточно древний и путанный. Такое чувство, что вернулся в Windows 3.1. Но разобраться можно. Есть примеры по индукционному нагреву в 2D. Сам я в этом софте не считаю.

8. Comsol multiphysics (www.comsol.com)

Достаточно мощная программа. Может считать не только электромагнитные задачи, но и механику, гидродинамику и еще много чего. Я ей не пользовался, но знаю людей, которые на ней считали индуктора, механику и гидродинамику. Им нравится.

Специализированные программы:

Coil 2D Pro - быстро считает (методом FEM) индуктивность и сопротивление индукторов и катушек разной формы с учетом геометрии катушки и нагреваемой детали.

Правообладателем является СПбГЭТУ: http://www.eltech.ru/ru/nauchnaya-i-innovacionnaya-deyatelnost/obekty-intellektualnoy-sobstvennosti/patenty-i-svidetelstva-2012-goda

А с вопросами по программе лучше сюда: www.rtih.ru

UNIVERSAL 2D - программа для электромагнитного и теплового расчета индукционных систем в 2D (цилиндрическая деталь и круглый индуктор)

UNIVERSAL 3D - программа псевдо 3D. Предназначена для электромагнитного и теплового расчета индукционных систем прямоугольного и квадратного сечения, т.е. прямоугольная деталь греется в прямоугольном индукторе.

Посмотреть подробнее можно тут:

http://www.interm.su/htm/sim_ind_systems.htm

А с вопросами по программе лучше сюда: www.rtih.ru

Эти программы ориентированы на решение конкретных задач индукционного нагрева, поэтому обладают отличной скоростью вычислений и удобным интерфейсом.

А для тех, кто не дружит с современными программными продуктами для расчета индукционных систем - есть классика. Это книги Слухоцкого А.Е. Я сам закончил кафедру СПбГЭТУ, где преподавал и писал свои книги Слухоцкий. Лично я Слухоцкого не застал. Он уже к этому времени умер. Но моими учителями были люди очень хорошо его знавшие. Учился я индукционному нагреву, фактически, по книгам Слухоцкого. В них рассмотрены все основные типы индукторов. Есть примеры расчетов. Даны рекомендации. Бери. Учись. Считай. Не все можно, конечно, точно посчитать, но прикинуть можно – это точно.

Где найти эти замечательные книги. Интернет велик.

  1. Слухоцкий А. Е. и Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л., «Энергия», 1974. 264 с. с ил.
  2. Слухоцкий А.Е., Немков В.С., Павлов Н.А. Установки индукционного нагрева Учебное пособие для вузов для студентов, обучающихся по специальности "Электротермические установки" Л.: Энергоиздат, 1981. 328 с.
  3. Слухоцкий А.Е. Индукторы. Под ред. А. Н. Шамова - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение,
    1989. - 69 с; ил.

Вместо заключения.

Книги хорошо, но хороший софт лучше.