محاكاة العناصر المحدودة، وتسمى أيضًا محاكاة FEA
(تحليل العناصر المحدودة) هو استخدام الحواسيب لمحاكاة الأنظمة الفيزيائية الحقيقية باستخدام معادلات ونماذج وصيغ رياضية معقدة. وباستخدام عناصر بسيطة ومتفاعلة (أي الوحدات)، يمكن لعدد محدود من الكمية المجهولة أن تقترب من النظام الحقيقي بكمية مجهولة لا نهائية، وقد استخدم على نطاق واسع في مجالات مجال درجة الحرارة والمجال الكهربائي والمجال المغناطيسي ومجال القوة ومجال التسرب ومجال الموجات الصوتية وما إلى ذلك. تشمل برامج محاكاة المجال المغناطيسي الشائعة الاستخدام ANSYS و ABAQUS و Comsol Multiphysics و JMAG-Designer و EasiMotor.
ليس من السهل البدء في استخدام برامج المحاكاة. فبالإضافة إلى التغلب على المشاكل في استخدام البرامج الجديدة، من الضروري أيضًا فهم المعلمات المغناطيسية للمواد المختلفة في مكتبة المواد، ولأن محاكاة المجال المغناطيسي صغيرة نسبيًا، فإن جميع المواد المغناطيسية الدائمة والمواد اللينة تقريبًا في مكتبة المواد في برنامج المواد المغناطيسية ليست كاملة، كما أنها تتضمن إنشاء مواد جديدة، والمعلمات المغناطيسية للمواد الجديدة، وكيفية إنشاء منحنى إزالة المغناطيسية. يجب أن يستند كل ذلك إلى فهم شامل للمادة نفسها والمعرفة الأساسية للمغناطيسية.
قد تستخدم برامج FEA المختلفة مهارات مختلفة.
تأخذ هذه المقالة برنامج ANSYS كمثال لتقديم الخطوات المعتادة لمحاكاة العناصر المحدودة للمجال المغناطيسي المغناطيسي الدائم:
1. حدد نوع التصميم. يحتوي برنامج ANSYS على العديد من وحدات التصميم. حتى أن وحدة تصميم المجال الكهرومغناطيسي المتخصصة تتضمن أيضًا وحدات تصميم للترددات العالية والمجال الكهربائي والدائرة والمجال المغناطيسي الثابت. عادة ما يتم اختيار وحدة المجال المغناطيسي الثابت لمحاكاة المجال المغناطيسي السطحي.
2. النمذجة. على غرار النمذجة ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد، ارسم شكل المغناطيس وموضعه ونقاط الاختبار المراد محاكاتها، أو استورد النموذج من خلال برنامج رسم ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد.
3. إضافة مواد. يجب أن تحدد جميع المواد خواص المواد، وإلا فسيتم افتراضيًا إلى الفراغ أو سيحدث خطأ في التشغيل. تجدر الإشارة هنا إلى أن المغناطيس الدائم يحتاج إلى تحديد اتجاه المغنطة، ويتم تحديد اتجاه المغنطة بشكل عام في نظام الإحداثيات.
4. تعيين مجال الحساب. المجال الحسابي المناسب مهم جدًا. إذا لم تقم بتعيين مجال حسابي، فسيتم تعيين المجال الحسابي افتراضيًا إلى الفضاء بأكمله كمجال حسابي. على الرغم من أن هذا يتوافق مع الوضع الفعلي، لأنه قد لا توجد بالفعل مواد متداخلة أخرى حول المغناطيس، إلا أن هذا سيؤدي إلى خطأ كبير في نتائج الحساب. وتستغرق العملية وقتًا طويلاً.
5. تعيين الشروط الحدية. وضع الحدود هو مطابقة إعداد مجال الحساب وتقليل تعقيد المشكلة. يمكن أن يساعدنا وضع حدود معقولة في توفير الكثير من الوقت في الحساب. الحدود المختلفة لها معانٍ مختلفة. في العادة، نختار عادةً حدود البالون (حدود البالون) لمحاكاة المجال المغناطيسي الثابت. .
6. اضبط مصدر الحافز. هنا، عندما تكون المادة المختارة عبارة عن مغناطيس دائم، سيساعدنا النظام تلقائيًا في تحديد الإثارة المغناطيسية الثابتة المغناطيسية. إذا كان من الضروري محاكاة المجال المغناطيسي للملف، فمن الضروري إضافة جهد أو تيار كمصدر إثارة.
7. تقسيم الشبكة. يعني التشبيك ببساطة ربط هذه الحسابات ذات العناصر المحدودة لإنشاء بنية شبكية خاصة بها، وكلما كانت البنية الشبكية أكثر كثافة كلما كانت النتائج أكثر دقة واستغرق الأمر وقتًا أطول.
8. إضافة إعدادات الحل. هنا يمكنك ضبط معدل الخطأ وعدد خطوات الحساب، ويأتي النظام أيضًا بالإعدادات الافتراضية.
9. إضافة عملية الحل. وهو ما تريد أن تساعدك هذه المحاكاة في الحصول عليه، سواء للنظر في اتجاه خطوط القوة المغناطيسية أو بيانات المجال المغناطيسي.
10. ما بعد المعالجة. بعد انتهاء عملية المحاكاة، يمكنك عرض مخطط الخط المغناطيسي (قياسي أو متجه)، ومخططات السحب المختلفة، والبيانات والمعلمات التي يجب محاكاتها في بداية الفترة، إلخ.
يقدم ما سبق خطوات استخدام برنامج المحاكاة، ثم يعرض بعض مخططات المحاكاة للمجال المغناطيسي لمساعدتنا على فهم توزيع المجال المغناطيسي للدوائر المغناطيسية المختلفة.
منذ أن اقترحت الدولة تحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2060، سرعان ما تحول مصطلح "الحياد الكربوني" من مصطلح غير مألوف إلى كلمة ساخنة.
في سبتمبر 2020، أعلنت بلادي أنها ستسعى جاهدةً للوصول إلى ذروة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2030، وستسعى جاهدةً لتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2060.
يقترح "تقرير العمل الحكومي" لهذا العام القيام بعمل قوي في مجال ذروة الكربون وتحييد الكربون.
وأشار العاملون في هذه الصناعة إلى أن هدف بلدي المتمثل في تحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2060 يعد فرصة لصناعة التربة النادرة، لأنه سيلعب دورًا مهمًا في زيادة الطلب على المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وخاصة الطلب على المغناطيس الدائم NdFeB الأرضي النادر.
ويعني حياد الكربون أنه خلال فترة محددة، يتم تعويض إزالة ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ بالانبعاثات البشرية المنشأ.
Tإن أهم طريقة أساسية لبلدي لتحقيق الحياد الكربوني قبل عام 2060 هي تحويل هيكل الطاقة لديها واستبدال الطاقة الأحفورية مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي بالطاقة النظيفة مثل الطاقة المتجددة والطاقة النووية.
وفي الوقت الحاضر، فإن أكثرها تمثيلاً في الوقت الحاضر هو استبدال المركبات التي تعمل بالوقود بالمركبات الكهربائية وتوليد الطاقة من الرياح.
سواء كانت مركبات الطاقة الجديدة أو توليد الطاقة من الرياح، فهي لا تنفصل عن تطبيق المغناطيس الدائم NdFeB الأرضي النادر. علاوة على ذلك، فإن سياسة الحياد الكربوني ستعزز الاختراق المتسارع للمغناطيس الدائم NdFeB الأرضي النادر. تتمتع مغناطيسات NdFeB الدائمة بمزايا واضحة لتوفير الطاقة، وستعزز بشكل أساسي هدف بلدي المتمثل في حياد الكربون من جانبين: من ناحية، تتمتع المحركات المغناطيسية الدائمة NdFeB بكفاءة أعلى في استهلاك الطاقة، وستؤدي الزيادة في معدل انتشارها إلى تقليل استهلاك الطاقة.
من ناحية أخرى، ستساعد مغناطيسات NdFeB الدائمة على تطوير الطاقة الجديدة. أكثر من 40% من توربينات الرياح تستخدم مغناطيسات NdFeB الدائمة الأرضية النادرة، مما سيساعد على تطوير الطاقة النظيفة. في الوقت نفسه، تستخدم محركات محركات محركات سيارات الطاقة الجديدة بشكل أساسي مغناطيسات NdFeB الأرضية النادرة الدائمة، مما سيساعد على تقليل استخدام الطاقة الأحفورية وتقليل انبعاثات الكربون في المستقبل. مع تزايد الوعي العالمي بأزمة الطاقة الأحفورية، تطورت صناعة مركبات الطاقة الجديدة بسرعة في السنوات الأخيرة.
وسواء كان النمو السريع لشركات السيارات الناشئة أو التحول النشط لشركات السيارات التقليدية، فإنها جميعاً تنقل للعالم الخارجي قدوم عصر التحول الكهربائي في صناعة السيارات. وقد أصدرت حكومات مختلف البلدان تباعاً جداول زمنية لوقف مبيعات السيارات التي تعمل بالوقود، كما اقترحت بلادي "طرد" السيارات التي تعمل بالوقود بالكامل قبل عام 2050.
اعتباراً من نهاية عام 2020، سيتم استخدام ما مجموعه 10 ملايين سيارة كهربائية في جميع أنحاء العالم، وسيزداد تسجيل السيارات الكهربائية في عام 2020 بمقدار 41% على أساس سنوي. بزيادة قدرها 0.8%. وفي "خطة تطوير صناعة مركبات الطاقة الجديدة (2021-2035)" الصادرة عن مجلس الدولة، يُقترح أن تصل مبيعات مركبات الطاقة الجديدة في بلدي بحلول عام 2025 إلى حوالي 20% من إجمالي مبيعات المركبات الجديدة. وبحلول عام 2025، سيتم إنشاء نظام تكنولوجي كامل لتكنولوجيا نظام طاقة المركبات الكهربائية وسلسلة صناعية لتوفير الدعم الفني لتحقيق وصول عدد مركبات الطاقة الجديدة إلى 5 ملايين مركبة بحلول عام 2025. وفقًا للخبراء، تحتاج سيارة ليموزين أوتوماتيكية بالكامل إلى استهلاك حوالي 0.5 إلى 3.5 كجم من المغناطيس الدائم NdFeB الأرضي النادر.
ووفقًا للطلب على 5 ملايين سيارة طاقة جديدة للمغناطيس الدائم NdFeB الأرضي النادر، فإن ذلك سيؤدي إلى زيادة الطاقة التطويرية لما لا يقل عن 25000 طن من مناجم التربة النادرة. واستنادًا إلى هذا الحساب، فإن 10 ملايين مركبة طاقة جديدة ستدفع ما لا يقل عن 50000 طن من الطلب على تطوير مناجم التربة النادرة، وهو ما يعادل الإنتاج السنوي الحالي من التربة النادرة في الشمال. ومع التنفيذ المستمر لسياسة بلدي المحايدة للكربون، يُعتقد أن الطلب على التربة النادرة سيزداد.
وباعتبارها الناقل لسياسة الحياد الكربوني في البلاد، يجب أن تكون صناعة التربة النادرة هي الرائد الرئيسي، وأن تتحمل مهمة أكبر، وأن تقدم المساهمات الواجبة لتحقيق هدف الحياد الكربوني في بلادي.
المنتجات ذات الصلة
