Simulazione a elementi finiti, detta anche simulazione FEA
(Analisi degli elementi finiti) consiste nell'utilizzare i computer per simulare sistemi fisici reali utilizzando equazioni, modelli e formule matematiche complesse. Utilizzando elementi semplici e interagenti (cioè unità), un numero limitato di quantità sconosciute può avvicinarsi al sistema reale con quantità sconosciute infinite, ed è stato ampiamente utilizzato nei campi della temperatura, del campo elettrico, del campo magnetico, del campo di forza, del campo di infiltrazione, del campo di onde sonore e così via. I software di simulazione del campo magnetico comunemente utilizzati sono ANSYS, ABAQUS, Comsol Multiphysics, JMAG-Designer e EasiMotor.
Non è facile iniziare a utilizzare un software di simulazione. Oltre a superare i problemi legati all'utilizzo di un nuovo software, è necessario comprendere i parametri magnetici dei diversi materiali presenti nella libreria dei materiali e, poiché la simulazione del campo magnetico è relativamente piccola, quasi tutti i materiali magnetici permanenti e i materiali morbidi presenti nella libreria dei materiali del software I materiali magnetici non sono completi; inoltre, è necessario stabilire nuovi materiali, i parametri magnetici dei nuovi materiali e come stabilire la curva di smagnetizzazione. Tutto ciò deve basarsi su una conoscenza approfondita del materiale stesso e sulle conoscenze di base del magnetismo.
I diversi software FEA possono utilizzare competenze diverse.
Questo articolo prende come esempio il software ANSYS per introdurre le fasi consuete della simulazione agli elementi finiti del campo magnetico di un magnete permanente:
1. Selezionare il tipo di progetto. Il software ANSYS dispone di molti moduli di progettazione. Anche il modulo di progettazione specializzato in campi elettromagnetici comprende moduli di progettazione per alta frequenza, campo elettrico, circuito e campo magnetico statico. Il modulo per il campo magnetico statico viene solitamente selezionato per la simulazione magnetica di superficie.
2. Modellazione. Come per la modellazione 2D e 3D, disegnare la forma del magnete, la posizione e i punti di prova da simulare, oppure importare il modello tramite un software di disegno 2D e 3D.
3. Aggiungere i materiali. Tutti i materiali devono definire le proprietà del materiale, altrimenti il valore predefinito sarà il vuoto o si verificherà un errore di funzionamento. Si noti che il magnete permanente deve definire la direzione di magnetizzazione, che viene generalmente definita in un sistema di coordinate.
4. Impostare il dominio di calcolo. Un dominio di calcolo adeguato è molto importante. Se non si imposta un dominio di calcolo, per default verrà utilizzato l'intero spazio come dominio di calcolo. Sebbene ciò corrisponda alla situazione reale, poiché è possibile che non vi siano altre sostanze interferenti intorno al magnete, i risultati del calcolo risulteranno fortemente errati. Inoltre, l'operazione richiede molto tempo.
5. Impostare le condizioni al contorno. L'impostazione del contorno deve corrispondere all'impostazione del dominio di calcolo e ridurre la complessità del problema. L'impostazione di un confine ragionevole può aiutarci a risparmiare molto tempo nel calcolo. I diversi confini hanno significati diversi. Di solito, per la simulazione del campo magnetico statico si sceglie il confine del palloncino (balloon boundary). .
6. Impostare la fonte di stimolo. Qui, quando il materiale selezionato è un magnete permanente, il sistema ci aiuterà automaticamente a selezionare l'eccitazione magnetica statica magnetostatica. Se è necessario simulare il campo magnetico della bobina, è necessario aggiungere una tensione o una corrente come sorgente di eccitazione.
7. Dividere la griglia. Meshing significa semplicemente collegare questi calcoli agli elementi finiti per creare una struttura a maglie; il software ha una propria mesh, più fitta è la struttura a maglie, più precisi saranno i risultati e più tempo richiederà.
8. Aggiungere le impostazioni della soluzione. Qui è possibile impostare il tasso di errore e il numero di fasi di calcolo; il sistema è inoltre dotato di impostazioni predefinite.
9. Aggiungere l'operazione di soluzione. È quello che volete che questa simulazione vi aiuti a ottenere, sia che si tratti della direzione delle linee di forza magnetica o dei dati del campo magnetico.
10. Post-elaborazione. Al termine della simulazione, è possibile visualizzare il diagramma della linea magnetica (scalare o vettoriale), vari diagrammi delle nubi, i dati e i parametri che devono essere simulati all'inizio del periodo, ecc.
In questa sezione vengono presentate le fasi di utilizzo del software di simulazione e vengono mostrati alcuni diagrammi di simulazione del campo magnetico che aiutano a comprendere la distribuzione del campo magnetico di diversi circuiti magnetici.
Da quando il Paese ha proposto di raggiungere la neutralità delle emissioni di carbonio entro il 2060, il termine "neutralità delle emissioni di carbonio" è passato rapidamente da un termine sconosciuto a una parola di moda.
Nel settembre del 2020, il mio Paese ha annunciato che si impegnerà a raggiungere il picco delle emissioni di anidride carbonica entro il 2030 e a raggiungere la neutralità del carbonio entro il 2060.
Il "Rapporto sul lavoro del governo" di quest'anno propone di fare un lavoro solido per quanto riguarda il carbon peaking e la neutralizzazione del carbonio.
Gli addetti ai lavori hanno sottolineato che l'obiettivo del mio Paese di raggiungere la neutralità del carbonio entro il 2060 è un'opportunità per l'industria delle terre rare, perché svolgerà un ruolo importante nell'aumento della domanda di materiali funzionali delle terre rare, in particolare la domanda di magneti permanenti NdFeB.
La neutralità del carbonio significa che, entro un determinato periodo, la rimozione antropica di anidride carbonica è compensata dalle emissioni antropiche.
Tl modo più importante per il mio Paese di raggiungere la neutralità delle emissioni di carbonio entro il 2060 è trasformare la sua struttura energetica e sostituire l'energia fossile come il carbone, il petrolio e il gas naturale con energia pulita come le energie rinnovabili e l'energia nucleare.
Attualmente, i più rappresentativi sono la sostituzione dei veicoli a carburante con veicoli elettrici e la generazione di energia eolica.
Che si tratti di veicoli a nuova energia o di generazione di energia eolica, sono inseparabili dall'applicazione dei magneti permanenti NdFeB delle terre rare. Inoltre, la politica di neutralità delle emissioni di carbonio promuoverà la penetrazione accelerata dei magneti permanenti NdFeB delle terre rare. I magneti permanenti NdFeB presentano evidenti vantaggi in termini di risparmio energetico e promuoveranno principalmente l'obiettivo di neutralità del carbonio del mio Paese sotto due aspetti: Da un lato, i motori a magneti permanenti NdFeB hanno una maggiore efficienza energetica e l'aumento del loro tasso di penetrazione ridurrà il consumo di energia.
D'altra parte, i magneti permanenti NdFeB contribuiranno allo sviluppo di nuove energie. Più di 40% di turbine eoliche utilizzano magneti permanenti NdFeB delle terre rare, contribuendo così allo sviluppo dell'energia pulita. Allo stesso tempo, i motori di trazione dei veicoli a nuova energia utilizzano principalmente magneti permanenti NdFeB delle terre rare, che contribuiranno a ridurre l'uso di energia fossile e a ridurre le emissioni di carbonio in futuro. Con la crescente consapevolezza globale della crisi dell'energia fossile, l'industria dei veicoli a nuova energia si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni.
Che si tratti della rapida crescita delle aziende automobilistiche emergenti o della trasformazione attiva delle aziende automobilistiche tradizionali, tutte trasmettono al mondo esterno l'arrivo dell'era dell'elettrificazione nell'industria automobilistica. I governi di vari Paesi hanno emanato calendari per la cessazione delle vendite di veicoli a carburante e anche il mio Paese ha proposto di "espellere" completamente i veicoli a carburante prima del 2050.
Alla fine del 2020, un totale di 10 milioni di veicoli elettrici saranno utilizzati in tutto il mondo e l'immatricolazione di veicoli elettrici nel 2020 aumenterà di 41% su base annua. Un aumento di 0,8%. Nel "Piano di sviluppo dell'industria dei veicoli a energia nuova (2021-2035)" pubblicato dal Consiglio di Stato, si propone che entro il 2025 le vendite di veicoli a energia nuova nel mio Paese raggiungano circa 20% delle vendite totali di veicoli nuovi. Inoltre, entro il 2025, sarà creato un sistema tecnologico e una catena industriale completa per i sistemi di alimentazione dei veicoli elettrici, in modo da fornire un supporto tecnico per la realizzazione di un numero di veicoli a nuova energia che raggiunga i 5 milioni entro il 2025. Secondo gli esperti, una limousine completamente automatica deve consumare circa 0,5~3,5 kg di magneti permanenti NdFeB di terre rare.
Secondo la domanda di 5 milioni di nuovi veicoli energetici per i magneti permanenti NdFeB di terre rare, essa determinerà la capacità di sviluppo di almeno 25.000 tonnellate di miniere di terre rare. In base a questo calcolo, 10 milioni di nuovi veicoli energetici determineranno una domanda di sviluppo di almeno 50.000 tonnellate di terre rare, pari all'attuale produzione annuale di terre rare nel Nord. Con la continua implementazione della politica carbon neutral del mio Paese, si ritiene che la domanda di terre rare aumenterà.
In quanto portatrice della politica di neutralità delle emissioni di carbonio del Paese, l'industria delle terre rare dovrebbe essere il principale pioniere, assumersi una missione più importante e dare il giusto contributo all'obiettivo di neutralità delle emissioni di carbonio del mio Paese.
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