Detail předmětu

Electromagnetic field modeling

FEKT-NMEMAk. rok: 2011/2012

Princip metody konečných prvků a její možnosti pro různé varianty elektromagnetických polí. Možnosti metody, příklady různých aplikací k výpočtu elektromagnetických polí od statických až po pole optických kmitočtů jsou procvičeny v počítačových cvičeních. Práce v prostředí MATLAB a ANSYS. Pomocí předem připravených vstupních dat se naučit řešit složitější úlohy. Princip metody indukovaných nábojů a metody hraničních prvků. Přímé řešení Maxwellových rovnic metodou konečných diferencí v časové oblasti (FDTD).

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jarmila Dědková, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE)

Výsledky učení předmětu

Studenti získají základní přehled o principu numerických metod modelování elektromagnetických polí. Budou schopni řešit jednodušší problémy z oblasti elektromagnetismu i problémy kombinované (elektromechanické, elektrotepelné aj.).

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Seznámit studenty se základními numerickými metodami výpočtu elektromagnetických polí. Seznámit studenty s programy pro výpočet polí tak, aby byli schopni sami navrhnout vlastní jednoduchý program v prostředí MATLAB nebo ANSYS.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Jarmila Dědková. Modelování elektromagnetických polí. 2005. s. 1 ( s.) (CS)

Doporučená literatura

Manuály k programu ANSYS (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-EEN , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor MN-EVM , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor MN-EST , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jarmila Dědková, CSc.

Osnova

Základy, možnosti a příklady aplikací metody konečných prvků (MKP). Prvky, tvarové a aproximační funkce, příklady aproximace. Princip generátorů MKP sítí a práce s nimi.
Diskretizace jedno- a dvourozměrné lineární Poissonovy rovnice. Diskretizace nelineární dvourozměrné Poissonovy rovnice.
Analýza elektrostatického pole. Výpočet vlastní a vzájemné kapacity soustavy elektrod. Princip zrcadlení.
Výpočet elektrostatických sil. Analýza elektrického pole ustálených proudů. Výpočet Jouleových ztrát.
Analýza magnetického pole pomocí skalárního magnetického potenciálu. Redukovaný, rozdílový a zobecněný skalární potenciál. Výpočet magnetických sil.
Analýza magnetického pole pomocí vektorového potenciálu.
Analýza magnetického pole pomocí hranových prvků. Výpočet vlastní a vzájemné indukčnosti cívek.
Formální analogie analýzy elektrostatického pole, pole ustálených proudů a magnetostatického pole.
Analýza harmonicky proměnných polí. Vířivé proudy. Stínění střídavých magnetických polí.
Analýza vf. elektromagnetických polí ve vlnovodech a rezonátorech. Výpočet obvodových parametrů vf. zařízení.
Analýza difrakce a radiace elektromagnetických vln. Výpočet vyzařovacího diagramu, blízkého a zářivého pole dipólové antény.
FEMLAB, demonstrace řešení vybraných úloh metodou FDTD v prostředí MATLAB.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jarmila Dědková, CSc.

Osnova

Seznámení se s programem ANSYS, základy modelování ve 2D.
Seznámení se s programem ANSYS, základy modelování ve 3D.
Model elektrostatického pole, vyhodnocení základních veličin a parametrů (kapacity, síly).
Model proudového pole, vyhodnocení základních veličin a parametrů (rezistivita, Jouleovy ztráty).
Magnetický obvod s permanentním magnetem a vzduchovou mezerou (výpočet sil).
Výpočet magnetického pole cívky pomocí vektorového potenciálu.
Trojrozměrný model magnetického pole transformátoru (výpočet indukčností cívek).
Samostatná práce na řešení zadané úlohy.
Vířivé proudy, Jouleovy ztráty a stínění střídavých magnetických polí.
Výpočet obvodových parametrů vf. zařízení. Elektromagnetické pole ve vlnovodech a rezonátorech.
Difrakce elektromagnetické vlny na kouli.
Harmonická analýza půlvlnné dipólové antény.
Samostatná práce na řešení zadané úlohy.