Finite-Elemente-Simulation, auch FEA-Simulation genannt
(Finite-Elemente-Analyse) ist die Verwendung von Computern zur Simulation realer physikalischer Systeme unter Verwendung komplexer mathematischer Gleichungen, Modelle und Formeln. Durch die Verwendung einfacher und interagierender Elemente (d.h. Einheiten) kann eine begrenzte Anzahl von Die unbekannte Größe kann sich dem realen System mit unendlich vielen unbekannten Größen annähern, und sie wurde in den Bereichen Temperaturfeld, elektrisches Feld, Magnetfeld, Kraftfeld, Sickerfeld, Schallwellenfeld usw. weithin eingesetzt. Zu den häufig verwendeten Magnetfeldsimulationssoftware gehören ANSYS, ABAQUS, Comsol Multiphysics, JMAG-Designer und EasiMotor.
Der Einstieg in die Simulationssoftware ist nicht einfach. Neben der Überwindung von Problemen bei der Verwendung neuer Software ist es auch notwendig, die magnetischen Parameter verschiedener Materialien in der Materialbibliothek zu verstehen, und weil die Magnetfeldsimulation relativ klein ist, sind fast alle permanentmagnetischen Materialien und weichen Materialien in der Materialbibliothek der Software Die magnetischen Materialien sind nicht vollständig, und es geht auch um die Einrichtung neuer Materialien, die magnetischen Parameter der neuen Materialien, und wie man die Entmagnetisierungskurve zu etablieren. All dies muss auf einem gründlichen Verständnis des Materials selbst und dem Grundwissen über Magnetismus beruhen.
Verschiedene FEA-Software kann unterschiedliche Fähigkeiten erfordern.
In diesem Artikel werden am Beispiel der Software ANSYS die üblichen Schritte für die Finite-Elemente-Simulation des Magnetfelds eines Permanentmagneten vorgestellt:
1. Wählen Sie den Entwurfstyp. ANSYS Software hat viele Entwurfsmodule. Sogar das spezielle Modul für den Entwurf elektromagnetischer Felder umfasst auch Entwurfsmodule für Hochfrequenz, elektrisches Feld, Schaltungen und statische Magnetfelder. Das Modul für statische Magnetfelder wird normalerweise für die Simulation von magnetischen Oberflächen ausgewählt.
2. Modellierung. Ähnlich wie bei der 2D- und 3D-Modellierung zeichnen Sie die Magnetform, die Position und die zu simulierenden Prüfpunkte oder importieren Sie das Modell über 2D- und 3D-Zeichensoftware.
3. Materialien hinzufügen. Für alle Materialien müssen die Materialeigenschaften definiert werden, andernfalls wird der Wert auf Vakuum gesetzt oder es tritt ein Fehler auf. Hier ist zu beachten, dass der Permanentmagnet die Magnetisierungsrichtung definieren muss, und die Magnetisierungsrichtung wird im Allgemeinen in einem Koordinatensystem definiert.
4. Legen Sie den Berechnungsbereich fest. Ein geeignetes Berechnungsgebiet ist sehr wichtig. Wenn Sie keine Berechnungsdomäne festlegen, wird standardmäßig der gesamte Raum als Berechnungsdomäne verwendet. Obwohl dies der tatsächlichen Situation entspricht, da es in der Tat keine anderen störenden Substanzen um den Magneten herum geben kann, führt dies zu einem großen Fehler in den Berechnungsergebnissen. Außerdem ist der Vorgang zeitaufwändig.
5. Legen Sie die Randbedingungen fest. Die Festlegung der Randbedingungen dient der Anpassung an den Berechnungsbereich und der Reduzierung der Komplexität des Problems. Die Festlegung einer vernünftigen Grenze kann uns helfen, bei der Berechnung viel Zeit zu sparen. Verschiedene Randbedingungen haben unterschiedliche Bedeutungen. Normalerweise wählen wir die Ballongrenze (Ballongrenze) für die statische Magnetfeldsimulation. .
6. Stellen Sie die Anregungsquelle ein. Wenn es sich bei dem ausgewählten Material um einen Dauermagneten handelt, hilft uns das System automatisch bei der Auswahl der magnetostatischen statischen magnetischen Erregung. Wenn es notwendig ist, das Magnetfeld der Spule zu simulieren, ist es notwendig, eine Spannung oder einen Strom als Erregungsquelle hinzuzufügen.
7. Unterteilen Sie das Gitter. Meshing bedeutet einfach, diese Finite-Elemente-Berechnungen zu verbinden, um eine Netzstruktur zu erstellen. Die Software hat ihre eigene Meshing, je dichter die Netzstruktur, desto genauer die Ergebnisse und desto zeitaufwändiger wird es sein.
8. Lösungseinstellungen hinzufügen. Hier können Sie die Fehlerquote und die Anzahl der Berechnungsschritte einstellen, und das System enthält auch Standardeinstellungen.
9. Lösungsvorgang hinzufügen. Sie möchten, dass diese Simulation Ihnen hilft, die Richtung der magnetischen Kraftlinien oder die Magnetfelddaten zu bestimmen.
10. Nachbearbeitung. Nach Abschluss der Simulation können Sie das magnetische Liniendiagramm (skalar oder vektoriell), verschiedene Wolkendiagramme, die Daten und Parameter, die zu Beginn der Periode simuliert werden müssen, usw. anzeigen.
Im Folgenden werden die Schritte zur Verwendung der Simulationssoftware erläutert und dann einige Simulationsdiagramme des Magnetfelds gezeigt, die uns helfen, die Magnetfeldverteilung verschiedener Magnetkreise zu verstehen.
Seit das Land vorgeschlagen hat, bis 2060 Kohlenstoffneutralität zu erreichen, hat sich der Begriff "Kohlenstoffneutralität" schnell von einem unbekannten Begriff zu einem geflügelten Wort entwickelt.
Im September 2020 kündigte mein Land an, dass es sich bemühen wird, bis 2030 den Höchststand der Kohlendioxidemissionen zu erreichen und bis 2060 die Kohlenstoffneutralität anzustreben.
Der diesjährige "Arbeitsbericht der Regierung" schlägt vor, eine solide Arbeit im Bereich der Kohlenstoffspitzenwerte und der Kohlenstoffneutralisierung zu leisten.
Branchenkenner wiesen darauf hin, dass das Ziel meines Landes, bis 2060 Kohlenstoffneutralität zu erreichen, eine Chance für die Seltene-Erden-Industrie ist, da es eine wichtige Rolle bei der Steigerung der Nachfrage nach Funktionsmaterialien aus Seltenen Erden spielen wird, insbesondere bei der Nachfrage nach NdFeB-Dauermagneten aus Seltenen Erden.
Kohlenstoffneutralität bedeutet, dass innerhalb eines bestimmten Zeitraums die anthropogene Abnahme von Kohlendioxid durch die anthropogenen Emissionen ausgeglichen wird.
Tie grundlegendste Möglichkeit für mein Land, vor 2060 Kohlenstoffneutralität zu erreichen, ist die Umstellung seiner Energiestruktur und der Ersatz fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas durch saubere Energien wie erneuerbare Energien und Kernenergie.
Gegenwärtig sind die repräsentativsten davon der Ersatz von Benzinfahrzeugen durch Elektrofahrzeuge und die Windenergieerzeugung.
Ob es sich um neue Energiefahrzeuge oder die Erzeugung von Windenergie handelt, sie sind untrennbar mit der Anwendung von NdFeB-Permanentmagneten aus Seltenen Erden verbunden. Darüber hinaus wird die kohlenstoffneutrale Politik die beschleunigte Verbreitung von Seltenerd-NdFeB-Permanentmagneten fördern. NdFeB-Permanentmagnete haben offensichtliche Energiesparvorteile und werden das Ziel der Kohlenstoffneutralität meines Landes in zweierlei Hinsicht fördern: Einerseits haben NdFeB-Permanentmagnetmotoren eine höhere Energieeffizienz, und die Erhöhung ihres Verbreitungsgrades wird den Stromverbrauch senken.
Auf der anderen Seite werden NdFeB-Permanentmagnete die Entwicklung neuer Energien unterstützen. Mehr als 40% der Windturbinen verwenden NdFeB-Permanentmagnete aus Seltenen Erden, was die Entwicklung sauberer Energie unterstützen wird. Gleichzeitig werden in den Antriebsmotoren von Fahrzeugen mit neuen Energien hauptsächlich Seltene-Erden-NdFeB-Permanentmagnete verwendet, was dazu beitragen wird, den Verbrauch fossiler Energie und die Kohlenstoffemissionen in Zukunft zu reduzieren. Mit dem zunehmenden globalen Bewusstsein für die fossile Energiekrise hat sich die neue Energiefahrzeugindustrie in den letzten Jahren schnell entwickelt.
Ob es sich nun um das rasche Wachstum aufstrebender Automobilunternehmen oder um die aktive Umgestaltung traditioneller Automobilunternehmen handelt, sie alle vermitteln der Außenwelt die Ankunft der Ära der Elektrifizierung in der Automobilindustrie. Die Regierungen verschiedener Länder haben nacheinander Zeitpläne für die Einstellung des Verkaufs von Fahrzeugen mit Kraftstoffantrieb herausgegeben, und auch mein Land hat vorgeschlagen, Fahrzeuge mit Kraftstoffantrieb bis 2050 vollständig zu "vertreiben".
Bis Ende 2020 werden weltweit insgesamt 10 Millionen Elektrofahrzeuge in Betrieb genommen, und die Zulassung von Elektrofahrzeugen wird 2020 im Vergleich zum Vorjahr um 41% steigen. Ein Anstieg von 0,8%. In dem vom Staatsrat herausgegebenen "Entwicklungsplan für die New Energy Vehicle Industry (2021-2035)" wird vorgeschlagen, dass bis zum Jahr 2025 der Absatz von Fahrzeugen mit neuer Energie in meinem Land etwa 20% des Gesamtabsatzes von Neufahrzeugen erreichen wird. Bis zum Jahr 2025 soll eine komplette Technologie- und Industriekette für Elektrofahrzeuge aufgebaut werden, um die technische Unterstützung für die Realisierung der Zahl von 5 Millionen Fahrzeugen mit neuer Energie im Jahr 2025 zu gewährleisten. Experten zufolge verbraucht eine vollautomatische Limousine etwa 0,5 bis 3,5 kg NdFeB-Permanentmagnete aus Seltenen Erden.
Die Nachfrage nach NdFeB-Permanentmagneten aus Seltenen Erden für 5 Millionen neue Energiefahrzeuge wird die Erschließungskapazität von mindestens 25.000 Tonnen Seltene Erden-Minen vorantreiben. Basierend auf dieser Berechnung werden 10 Millionen neue Energiefahrzeuge den Bedarf an Seltenerdminen um mindestens 50.000 Tonnen erhöhen, was der derzeitigen Jahresproduktion an Seltenen Erden im Norden entspricht. Mit der kontinuierlichen Umsetzung der kohlenstoffneutralen Politik meines Landes wird die Nachfrage nach Seltenen Erden vermutlich steigen.
Als Träger der Kohlenstoffneutralitätspolitik des Landes sollte die Seltene-Erden-Industrie der Hauptpionier sein, eine größere Aufgabe übernehmen und einen angemessenen Beitrag zum Ziel der Kohlenstoffneutralität meines Landes leisten.
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