Simulação de elementos finitos, também designada por simulação FEA
(Análise de Elementos Finitos) consiste em utilizar computadores para simular sistemas físicos reais utilizando equações, modelos e fórmulas matemáticas complexas. Utilizando elementos simples e interactivos (ou seja, unidades), um número limitado de elementos pode aproximar-se do sistema real com uma quantidade desconhecida infinita, e tem sido amplamente utilizado nos domínios do campo de temperatura, campo elétrico, campo magnético, campo de forças, campo de infiltração, campo de ondas sonoras, etc. Os softwares de simulação de campo magnético mais utilizados incluem ANSYS, ABAQUS, Comsol Multiphysics, JMAG-Designer e EasiMotor.
Não é fácil começar a utilizar o software de simulação. Para além de superar problemas na utilização de novo software, é também necessário compreender os parâmetros magnéticos de diferentes materiais na biblioteca de materiais, e porque a simulação do campo magnético é relativamente pequena, quase todos os materiais magnéticos permanentes e materiais macios na biblioteca de materiais do software Os materiais magnéticos não estão completos, e envolve também o estabelecimento de novos materiais, os parâmetros magnéticos dos novos materiais, e como estabelecer a curva de desmagnetização. Tudo isto tem de se basear num conhecimento profundo do próprio material e nos conhecimentos básicos de magnetismo.
Diferentes softwares de FEA podem utilizar diferentes competências.
Este artigo utiliza o software ANSYS como exemplo para introduzir os passos habituais para a simulação por elementos finitos do campo magnético de ímanes permanentes:
1. Selecionar o tipo de desenho. O software ANSYS possui muitos módulos de projeto. Mesmo o módulo de projeto de campo eletromagnético especializado também inclui módulos de projeto para alta frequência, campo elétrico, circuito e campo magnético estático. O módulo de campo magnético estático é normalmente selecionado para simulação magnética de superfície.
2. Modelação. À semelhança da modelação 2D e 3D, desenhar a forma, a posição e os pontos de teste do íman a simular ou importar o modelo através de software de desenho 2D e 3D.
3. Adicionar materiais. Todos os materiais têm de definir as propriedades do material, caso contrário, a predefinição será o vácuo ou ocorrerá um erro de operação. É de notar que o íman permanente tem de definir a direção de magnetização, e a direção de magnetização é geralmente definida num sistema de coordenadas.
4. Definir o domínio de cálculo. Um domínio de cálculo adequado é muito importante. Se não for definido um domínio de cálculo, será considerado por defeito todo o espaço como domínio de cálculo. Embora isto seja consistente com a situação real, porque pode não haver outras substâncias interferentes à volta do íman, isto conduzirá a um grande erro nos resultados do cálculo. Além disso, a operação é morosa.
5. Definir as condições de fronteira. A definição das condições de fronteira destina-se a corresponder à definição do domínio de cálculo e a reduzir a complexidade do problema. A definição de um limite razoável pode ajudar-nos a poupar muito tempo no cálculo. Diferentes limites têm diferentes significados. Normalmente, escolhemos o limite do balão (limite do balão) para a simulação do campo magnético estático. .
6. Definir a fonte de incentivo. Aqui, quando o material selecionado é um íman permanente, o sistema ajuda-nos automaticamente a selecionar a excitação magnética estática magnetostática. Se for necessário simular o campo magnético da bobina, é necessário adicionar uma tensão ou corrente como fonte de excitação.
7. Dividir a grelha. A malha significa simplesmente ligar estes cálculos de elementos finitos para criar uma estrutura de malha, o software tem a sua própria malha, quanto mais densa for a estrutura de malha, mais exactos serão os resultados e mais demorada será.
8. Adicionar definições da solução. Aqui pode definir a taxa de erro e o número de passos de cálculo, e o sistema também vem com definições predefinidas.
9. Adicionar operação de solução. É o que se pretende que esta simulação ajude a obter, quer se trate da direção das linhas de força magnética ou dos dados do campo magnético.
10. Pós-processamento. Após o fim da simulação, é possível visualizar o diagrama de linhas magnéticas (escalar ou vetorial), vários diagramas de nuvens, os dados e parâmetros que devem ser simulados no início do período, etc.
O texto acima introduz as etapas de utilização do software de simulação e, em seguida, mostra alguns diagramas de simulação do campo magnético para nos ajudar a compreender a distribuição do campo magnético de diferentes circuitos magnéticos.
Desde que o país se propôs atingir a neutralidade carbónica até 2060, a expressão "neutralidade carbónica" passou rapidamente de um termo pouco familiar para uma palavra quente.
Em setembro de 2020, o meu país anunciou que se esforçará por atingir o pico das emissões de dióxido de carbono até 2030 e por alcançar a neutralidade carbónica até 2060.
O "Relatório de Trabalho do Governo" deste ano propõe-se fazer um trabalho sólido no domínio do pico de carbono e da neutralização do carbono.
As pessoas do sector salientaram que o objetivo do meu país de atingir a neutralidade de carbono até 2060 é uma oportunidade para a indústria das terras raras, porque desempenhará um papel importante no aumento da procura de materiais funcionais de terras raras, especialmente a procura de ímanes permanentes de NdFeB de terras raras.
A neutralidade de carbono significa que, num determinado período, a remoção antropogénica de dióxido de carbono é compensada pelas emissões antropogénicas.
Tforma mais fundamental de o meu país atingir a neutralidade carbónica antes de 2060 é transformar a sua estrutura energética e substituir as energias fósseis, como o carvão, o petróleo e o gás natural, por energias limpas, como as energias renováveis e a energia nuclear.
Atualmente, as mais representativas são a substituição dos veículos a combustível por veículos eléctricos e a produção de energia eólica.
Quer se trate de veículos movidos a novas energias ou da produção de energia eólica, são inseparáveis da aplicação de ímanes permanentes NdFeB de terras raras. Além disso, a política de neutralidade carbónica promoverá a penetração acelerada dos ímanes permanentes NdFeB de terras raras. Os ímanes permanentes NdFeB têm vantagens óbvias em termos de poupança de energia e promoverão principalmente o objetivo de neutralidade carbónica do meu país em dois aspectos: Por um lado, os motores de ímanes permanentes NdFeB têm uma maior eficiência energética e o aumento da sua taxa de penetração reduzirá o consumo de energia.
Por outro lado, os ímanes permanentes NdFeB contribuirão para o desenvolvimento de novas energias. Mais de 40% de turbinas eólicas utilizam ímanes permanentes NdFeB de terras raras, o que contribuirá para o desenvolvimento de energia limpa. Simultaneamente, os motores de tração de veículos de energia nova utilizam principalmente ímanes permanentes NdFeB de terras raras, o que ajudará a reduzir a utilização de energia fóssil e a reduzir as emissões de carbono no futuro. Com a crescente consciencialização global da crise da energia fóssil, a indústria de veículos de energia nova desenvolveu-se rapidamente nos últimos anos.
Quer se trate do rápido crescimento das empresas automóveis emergentes ou da transformação ativa das empresas automóveis tradicionais, todos eles transmitem ao mundo exterior a chegada da era da eletrificação na indústria automóvel. Os governos de vários países têm vindo a publicar sucessivamente calendários para a cessação das vendas de veículos a combustível, e o meu país também propôs a "expulsão" total dos veículos a combustível antes de 2050.
Até ao final de 2020, foram utilizados um total de 10 milhões de veículos eléctricos em todo o mundo, e o registo de veículos eléctricos em 2020 aumentará 41% em termos anuais. Um aumento de 0,8%. No "Plano de Desenvolvimento da Indústria de Veículos de Energia Nova (2021-2035)", publicado pelo Conselho de Estado, propõe-se que, até 2025, as vendas de veículos de energia nova no meu país atinjam cerca de 20% das vendas totais de veículos novos. E, até 2025, será criado um sistema completo de tecnologia de sistemas de energia para veículos eléctricos e uma cadeia industrial para fornecer apoio técnico à realização do número de veículos movidos a novas energias, que atingirá 5 milhões até 2025. De acordo com os peritos, uma limusina totalmente automática necessita de consumir cerca de 0,5 a 3,5 kg de ímanes permanentes NdFeB de terras raras.
De acordo com a procura de 5 milhões de novos veículos de energia para ímanes permanentes de NdFeB de terras raras, isso irá impulsionar a capacidade de desenvolvimento de pelo menos 25 000 toneladas de minas de terras raras. Com base neste cálculo, 10 milhões de novos veículos de energia irão impulsionar pelo menos 50 000 toneladas de procura de desenvolvimento de minas de terras raras, o que equivale à atual produção anual de terras raras no Norte. Com a implementação contínua da política de neutralidade carbónica do meu país, acredita-se que a procura de terras raras irá aumentar.
Como portadora da política de neutralidade de carbono do país, a indústria de terras raras deve ser a principal pioneira, assumir uma missão maior e dar as devidas contribuições para o objetivo de neutralidade de carbono do meu país.
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