Simulación por elementos finitos, también llamada simulación FEA
(Finite Element Analysis) es utilizar ordenadores para simular sistemas físicos reales mediante complejas ecuaciones matemáticas, modelos y fórmulas. Utilizando elementos simples e interactivos (es decir, unidades), un número limitado de La cantidad desconocida puede aproximarse al sistema real con infinita cantidad desconocida, y ha sido ampliamente utilizado en los campos de campo de temperatura, campo eléctrico, campo magnético, campo de fuerza, campo de filtración, campo de ondas sonoras y así sucesivamente. Entre los programas de simulación de campos magnéticos más utilizados se encuentran ANSYS, ABAQUS, Comsol Multiphysics, JMAG-Designer y EasiMotor.
No es fácil iniciarse en el uso de software de simulación. Además de superar los problemas en el uso de un nuevo software, también es necesario comprender los parámetros magnéticos de diferentes materiales en la biblioteca de materiales, y porque la simulación de campo magnético es relativamente pequeño, casi todos los materiales magnéticos permanentes y materiales blandos en la biblioteca de materiales del software Los materiales magnéticos no están completos, y también implica el establecimiento de nuevos materiales, los parámetros magnéticos de los nuevos materiales, y cómo establecer la curva de desmagnetización. Todo ello debe basarse en un conocimiento profundo del propio material y en los conocimientos básicos de magnetismo.
Los distintos programas de análisis por elementos finitos pueden utilizar habilidades diferentes.
Este artículo toma el software ANSYS como ejemplo para introducir los pasos habituales para la simulación por elementos finitos del campo magnético de imanes permanentes:
1. Seleccione el tipo de diseño. El software ANSYS tiene muchos módulos de diseño. Incluso el módulo de diseño especializado en campos electromagnéticos también incluye módulos de diseño para alta frecuencia, campo eléctrico, circuito y campo magnético estático. El módulo de campo magnético estático suele seleccionarse para la simulación magnética de superficies.
2. Modelado. De forma similar al modelado 2D y 3D, dibuje la forma del imán, la posición y los puntos de prueba a simular, o importe el modelo a través de software de dibujo 2D y 3D.
3. Añadir materiales. Todos los materiales deben definir las propiedades del material, de lo contrario, por defecto será el vacío o se producirá un error de operación. Cabe señalar aquí que el imán permanente necesita definir la dirección de magnetización, y la dirección de magnetización se define generalmente en un sistema de coordenadas.
4. Establezca el dominio de cálculo. Un dominio de cálculo adecuado es muy importante. Si no se establece un dominio de cálculo, se tomará por defecto todo el espacio como dominio de cálculo. Aunque esto es consistente con la situación real, porque puede que no haya otras sustancias que interfieran alrededor del imán, esto conducirá a un gran error en los resultados del cálculo. Además, la operación requiere mucho tiempo.
5. Establezca las condiciones de contorno. La fijación de los límites tiene por objeto ajustarse a la configuración del dominio de cálculo y reducir la complejidad del problema. Establecer un límite razonable puede ayudarnos a ahorrar mucho tiempo en el cálculo. Diferentes límites tienen diferentes significados. Normalmente, elegimos el límite del globo (balloon boundary) para la simulación del campo magnético estático. .
6. Configurar la fuente de incentivo. Aquí, cuando el material seleccionado es un imán permanente, el sistema nos ayudará automáticamente a seleccionar la excitación magnética estática magnetostática. Si es necesario simular el campo magnético de la bobina, es necesario añadir una tensión o corriente como fuente de excitación.
7. Dividir la malla. El mallado significa simplemente conectar estos cálculos de elementos finitos para crear una estructura de malla, el software tiene su propio mallado, cuanto más densa sea la estructura de malla, más precisos serán los resultados y más tiempo consumirá.
8. Añadir configuración de la solución. Aquí puede establecer la tasa de error y el número de pasos de cálculo, y el sistema también viene con ajustes por defecto.
9. Añadir operación de solución. Es lo que quiere que esta simulación le ayude a obtener, ya sea para ver la dirección de las líneas de fuerza magnéticas o los datos del campo magnético.
10. Post-proceso. Una vez finalizada la simulación, puede visualizar el diagrama de líneas magnéticas (escalar o vectorial), varios diagramas de nubes, los datos y parámetros que deben simularse al principio del periodo, etc.
A continuación, se muestran algunos diagramas de simulación del campo magnético que nos ayudarán a comprender la distribución del campo magnético en distintos circuitos magnéticos.
Desde que el país se propuso alcanzar la neutralidad de carbono en 2060, el término "neutralidad de carbono" ha pasado rápidamente de ser un término desconocido a una palabra de moda.
En septiembre de 2020, mi país anunció que se esforzará por alcanzar el punto máximo de emisiones de dióxido de carbono en 2030 y por lograr la neutralidad de carbono en 2060.
El "Informe de Labores del Gobierno" de este año propone hacer un trabajo sólido en la reducción y neutralización del carbono.
La gente del sector señaló que el objetivo de mi país de alcanzar la neutralidad de carbono para 2060 es una oportunidad para la industria de las tierras raras, porque desempeñará un papel importante en el aumento de la demanda de materiales funcionales de tierras raras, especialmente la demanda de imanes permanentes de NdFeB de tierras raras.
La neutralidad del carbono significa que, en un periodo determinado, la eliminación antropogénica de dióxido de carbono se compensa con las emisiones antropogénicas.
Ta forma más fundamental de que mi país alcance la neutralidad en carbono antes de 2060 es transformar su estructura energética y sustituir las energías fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural por energías limpias como las renovables y la nuclear.
En la actualidad, los más representativos son la sustitución de vehículos de combustible por vehículos eléctricos y la generación de energía eólica.
Tanto los vehículos de nueva energía como la generación de energía eólica son inseparables de la aplicación de los imanes permanentes de NdFeB de tierras raras. Además, la política de neutralidad de carbono promoverá la penetración acelerada de los imanes permanentes de NdFeB de tierras raras. Los imanes permanentes de NdFeB tienen evidentes ventajas de ahorro energético, y promoverán principalmente el objetivo de neutralidad de carbono de mi país en dos aspectos: Por un lado, los motores de imanes permanentes de NdFeB tienen una mayor eficiencia energética, y el aumento de su tasa de penetración reducirá el consumo de energía.
Por otra parte, los imanes permanentes de NdFeB contribuirán al desarrollo de nuevas energías. Más de 40% de turbinas eólicas utilizan imanes permanentes de NdFeB de tierras raras, lo que contribuirá al desarrollo de energías limpias. Al mismo tiempo, los motores de propulsión de vehículos de nuevas energías utilizan principalmente imanes permanentes de NdFeB de tierras raras, lo que ayudará a reducir el uso de energía fósil y las emisiones de carbono en el futuro. Con la creciente concienciación mundial sobre la crisis de la energía fósil, la industria de los vehículos de nueva energía se ha desarrollado rápidamente en los últimos años.
Ya se trate del rápido crecimiento de las empresas automovilísticas emergentes o de la transformación activa de las tradicionales, todas ellas transmiten al exterior la llegada de la era de la electrificación a la industria del automóvil. Los gobiernos de varios países han publicado sucesivamente calendarios para el cese de las ventas de vehículos de combustible, y mi país también se ha propuesto "expulsar" totalmente a los vehículos de combustible antes de 2050.
A finales de 2020, se habrán puesto en circulación un total de 10 millones de vehículos eléctricos en todo el mundo, y las matriculaciones de vehículos eléctricos en 2020 aumentarán en 41% interanuales. Un aumento de 0,8%. En el "Plan de Desarrollo de la Industria de Vehículos de Nuevas Energías (2021-2035)" publicado por el Consejo de Estado, se propone que para 2025, las ventas de vehículos de nuevas energías en mi país alcancen unas 20% del total de ventas de vehículos nuevos. Y para 2025, se establecerá un sistema tecnológico y una cadena industrial completos de sistemas de propulsión de vehículos eléctricos que proporcionen apoyo técnico para que el número de vehículos de nueva energía alcance los 5 millones en 2025. Según los expertos, una limusina totalmente automática necesita consumir unos 0,5~3,5kg de imanes permanentes de tierras raras NdFeB.
Según la demanda de 5 millones de vehículos de nueva energía para imanes permanentes de NdFeB de tierras raras, impulsará la capacidad de desarrollo de al menos 25.000 toneladas de minas de tierras raras. Según este cálculo, 10 millones de vehículos de nueva energía impulsarán la demanda de desarrollo de al menos 50.000 toneladas de minas de tierras raras, lo que equivale a la producción anual actual de tierras raras en el norte. Con la continua aplicación de la política de neutralidad de carbono de mi país, se cree que aumentará la demanda de tierras raras.
Como portadora de la política de neutralidad de carbono del país, la industria de las tierras raras debe ser la principal pionera, asumir una mayor misión y hacer las debidas contribuciones al objetivo de neutralidad de carbono de mi país.
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