Finite-Elemente-Methoden für die elektromagnetische und strukturdynamische Berechnung von Induktionstiegelöfen:
Gespeichert in:
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2004
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Schriftenreihe: | Berichte aus der Elektrotechnik
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Schlagworte: | |
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BERICHTE AUS DER ELEKTROTECHNIK DIRK VAN RIESEN FINITE-ELEMENTE-METHODEN
FUER DIE ELEKTROMAGNETISCHE UND STRUKTURDYNAMISCHE BERECHNUNG VON
INDUKTIONSTIEGELOEFEN D 82 (DISS.RWTH AACHEN) SHAKER VERLAG AACHEN 2004
INHALT S VERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 DER INDUKTIONSTIEGELOFEN 3 2.1
AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP 4 2.2 ENTSTEHUNG VON SCHWINGUNGEN UND
LUFTSCHALL 7 2.2.1 LORENTZ-KRAEFTE 7 2.2.2 MATERIALKRAEFTE 8 2.2.3
SCHALLENTSTEHUNG 9 3 DAS SOFTWAREPAKET I MOOSE 13 3.1 GRUNDLAGEN
OBJEKTORIENTIERTER PROGRAMMIERUNG 13 3.1.1 OBJEKTE UND KLASSEN 15 3.1.2
BEZIEHUNGEN ZWISCHEN KLASSEN: DAS STATISCHE MODELL 16 3.2 VORSTELLUNG
DES SOFTWAREPAKETES MOOSE 18 3.2.1 GRUNDLEGENDE STRUKTUR DES
IMOOSE-KERNELS 19 3.2.2 VERSCHIEDENE TYPEN FINITER ELEMENTE 20 3.2.2.1
KNOTENBASIERTE ELEMENTE 20 3.2.2.2 KANTENBASIERTE ELEMENTE 21 3.2.2.3
GEMISCHTE ELEMENTE 24 3.2.3 EXTERNE BIBLIOTHEKEN ZUM LOESEN LINEARER
GLEICHUNGSSYSTEME . 26 3.3 COMPILER UND PROZESSORGESCHWINDIGKEITEN 30
3.4 I MOOSE ALS OPEN-SOURCE PROJEKT 32 3.5 IMOOSE IN DER LEHRE 35 3.6
POSTPROCESSING MIT IMOOSE.TRINITY 37 3.6.1 BISHERIGER AUFBAU UND
FUNKTIONSUMFANG VON IMOOSE.TRINITY VOR DER ERWEITERUNG 38 3.6.2
ERWEITERUNG VON I MOOSE. TRINITY UM METHODEN DER VIRTUELLEN REALITAET
(VR) 40 3.6.2.1 ANFORDERUNGEN 40 INHALTSVERZEICHNIS 3.6.2.2 VR-METHODEN
UND HARDWAREKOMPONENTEN 40 3.6.2.3 DAS VISUALIZATION TOOLKIT (VTK) 41
3.6.2.4 EINSATZ DER SKRIPTSPRACHE PYTHON 42 3.6.2.5 ANBINDUNG AN VISTA
43 3.6.2.6 BEISPIELE DER NEUEN FUNKTIONALITAET VON IMOOSE.TRINITY 44 4
ELEKTROMAGNETISCHE BERECHNUNG 51 4.1 ELEKTROMAGNETISCHE
BERECHNUNGSVERFAHREN IN I MOOSE 51 4.1.1 GRUNDLAGEN 53 4.1.1.1
MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN 53 4.1.1.2 STETIGKEITS- UND RANDBEDINGUNGEN 53
4.1.1.3 DISKRETISIERUNG DER FELDGLEICHUNGEN - GALERKIN VERFAHREN 54
4.1.2 ZWEIDIMENSIONALE STATISCHE BERECHNUNG 55 4.1.3 DREIDIMENSIONALE
STATISCHE BERECHNUNG 59 4.1.3.1 RANDBEDINGUNGEN 60 4.1.3.2 UNAERE
RANDBEDINGUNGEN 61 4.1.3.3 BINAERE RANDBEDINGUNGEN 62 4.1.3.4
STROMEINPRAEGUNG IN BELIEBIG GEFORMTE GEBIETE . 62 4.1.3.5
BERUECKSICHTIGUNG NICHTLINEARER MATERIALIEN - DAS
NEWTON-RAPHSON-VERFAHREN 66 4.1.3.6 KRAFT- UND DREHMOMENTBERECHNUNG MIT
DEM MAXWELL-TENSOR 66 4.1.3.7 VERIFIZIERUNG DES STATISCHEN
DREIDIMENSIONALEN SOLVERS 68 4.1.4 DREIDIMENSIONALE ZEITHARMONISCHE
BERECHNUNG 69 4.1.4.1 DER/-/'-ANSATZ 70 4.1.4.2 DER AE - AE, F- ANSATZ 70
4.1.4.3 DER AE- AE,V- ANSATZ 71 4.1.4.4 VERIFIZIERUNG DES
DREIDIMENSIONALEN, ZEITHARMONISCHEN SOLVERS 72 4.1.4.5 UNTERSUCHUNG DES
KONVERGENZVERHALTENS DER ZEITHARMONISCHEN ANSAETZE 73 INHALTSVERZEICHNIS
4.1.5 DREIDIMENSIONALE TRANSIENTE BERECHNUNG 78 4.1.5.1 UNTERSUCHUNG DES
KONVERGENZVERHALTENS DER TRANSIENTEN ANSAETZE 79 4.2 ELEKTROMAGNETISCHE
BERECHNUNG DES INDUKTIONSTIEGELOFENS 80 4.2.1 DAS ELEKTROMAGNETISCHE
MODELL 80 4.2.2 ZEITHARMONISCHE BERECHNUNG 82 4.2.3 BERECHNUNG DER
LORENTZKRAEFTE 84 5 STRUKTURDYNAMISCHE BERECHNUNG 87 5.1 GRUNDLAGEN 88
5.2 DIE NUMERISCHE MODALANALYSE 91 5.2.1 MODALANALYSE MIT IMOOSE 92
5.2.2 MODALANALYSE MIT ANSYS 95 5.3 KRAFTTRANSFORMATION 96 5.4 DAS
KOERPERSCHALLMASS 98 5.5 VERFORMUNGSBERECHNUNG 99 5.6
FLUID-STRUKTUR-INTERAKTION 102 5.7 ERGEBNISSE DER STRUKTURDYNAMISCHEN
BERECHNUNG 108 5.8 EXPERIMENTELLE MODALANALYSE 114 6 AKUSTISCHE
BERECHNUNG 119 6.1 GRUNDLAGEN DER AKUSTISCHEN BERECHNUNG 119 6.2
TRANSFORMATION VOM MECHANISCHEN ZUM AKUSTISCHEN MODELL 120 6.3
AUSWERTUNG DER AKUSTISCHEN RECHNUNG MIT I MOOSE.TRINITY 121 6.4
ERGEBNISSE 123 6.5 MESSUNG DES LUFTSCHALLS 127 7 BEWERTUNG 133 8
ZUSAMMENFASSUNG 135 INHALTSVERZEICHNIS A DETAILS ZU DEN VERWENDETEN
FINITE-ELEMENTE-METHODEN 137 A.L DIE VERWENDETEN ELEMENTE 137 A.L.L
KNOTENBASIERTE DREIECKE ERSTER UND ZWEITER ORDNUNG 137 A.L.1.1 DREIECK
137 A.L.2 KNOTENBASIERTE TETRAEDER ERSTER UND ZWEITER ORDNUNG . . . .
138 A.L.3 KANTENBASIERTES TETRAEDER ERSTER ORDNUNG 140 A.2 EINBAU VON
RANDBEDINGUNGEN IN DAS GLEICHUNGSSYSTEM 141 A.2.1
DIRICHLET-RANDBEDINGUNG 141 A.2.2 BINAERE RANDBEDINGUNG 142 A.3 DAS
NEWTON-RAPHSON VERFAHREN 144 A.3.1 ANWENDUNG AUF SOLVER:
MAGNETOSTATISCH, 2D 145 A.3.2 MAGNETOSTATISCH, 3D 147 A.3.2.1 SYMMETRIE
DER JACOBI-MATRIX 148 A.4 KRAFT- UND DREHMOMENTBERECHNUNG MIT DEM
MAXWELL-TENSOR . . . . 148 B PROGRAMMIERDETAILS 151 B.L DAS
ENTWURFSMUSTER STRATEGIE 151 B.2 DAS ENTWURFSMUSTER SINGLETON 151 B.3
KOLLABORATIONSDIAGRAMM ZUM AUFBAU EINER ELEMENTMATRIX 152 C
FORMELZEICHEN 153 LITERATURVERZEICHNIS 157 |
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BERICHTE AUS DER ELEKTROTECHNIK DIRK VAN RIESEN FINITE-ELEMENTE-METHODEN
FUER DIE ELEKTROMAGNETISCHE UND STRUKTURDYNAMISCHE BERECHNUNG VON
INDUKTIONSTIEGELOEFEN D 82 (DISS.RWTH AACHEN) SHAKER VERLAG AACHEN 2004
INHALT S VERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 DER INDUKTIONSTIEGELOFEN 3 2.1
AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP 4 2.2 ENTSTEHUNG VON SCHWINGUNGEN UND
LUFTSCHALL 7 2.2.1 LORENTZ-KRAEFTE 7 2.2.2 MATERIALKRAEFTE 8 2.2.3
SCHALLENTSTEHUNG 9 3 DAS SOFTWAREPAKET I MOOSE 13 3.1 GRUNDLAGEN
OBJEKTORIENTIERTER PROGRAMMIERUNG 13 3.1.1 OBJEKTE UND KLASSEN 15 3.1.2
BEZIEHUNGEN ZWISCHEN KLASSEN: DAS STATISCHE MODELL 16 3.2 VORSTELLUNG
DES SOFTWAREPAKETES MOOSE 18 3.2.1 GRUNDLEGENDE STRUKTUR DES
IMOOSE-KERNELS 19 3.2.2 VERSCHIEDENE TYPEN FINITER ELEMENTE 20 3.2.2.1
KNOTENBASIERTE ELEMENTE 20 3.2.2.2 KANTENBASIERTE ELEMENTE 21 3.2.2.3
GEMISCHTE ELEMENTE 24 3.2.3 EXTERNE BIBLIOTHEKEN ZUM LOESEN LINEARER
GLEICHUNGSSYSTEME . 26 3.3 COMPILER UND PROZESSORGESCHWINDIGKEITEN 30
3.4 I MOOSE ALS OPEN-SOURCE PROJEKT 32 3.5 IMOOSE IN DER LEHRE 35 3.6
POSTPROCESSING MIT IMOOSE.TRINITY 37 3.6.1 BISHERIGER AUFBAU UND
FUNKTIONSUMFANG VON IMOOSE.TRINITY VOR DER ERWEITERUNG 38 3.6.2
ERWEITERUNG VON I MOOSE. TRINITY UM METHODEN DER VIRTUELLEN REALITAET
(VR) 40 3.6.2.1 ANFORDERUNGEN 40 INHALTSVERZEICHNIS 3.6.2.2 VR-METHODEN
UND HARDWAREKOMPONENTEN 40 3.6.2.3 DAS VISUALIZATION TOOLKIT (VTK) 41
3.6.2.4 EINSATZ DER SKRIPTSPRACHE PYTHON 42 3.6.2.5 ANBINDUNG AN VISTA
43 3.6.2.6 BEISPIELE DER NEUEN FUNKTIONALITAET VON IMOOSE.TRINITY 44 4
ELEKTROMAGNETISCHE BERECHNUNG 51 4.1 ELEKTROMAGNETISCHE
BERECHNUNGSVERFAHREN IN I MOOSE 51 4.1.1 GRUNDLAGEN 53 4.1.1.1
MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN 53 4.1.1.2 STETIGKEITS- UND RANDBEDINGUNGEN 53
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4.1.2 ZWEIDIMENSIONALE STATISCHE BERECHNUNG 55 4.1.3 DREIDIMENSIONALE
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NEWTON-RAPHSON-VERFAHREN 66 4.1.3.6 KRAFT- UND DREHMOMENTBERECHNUNG MIT
DEM MAXWELL-TENSOR 66 4.1.3.7 VERIFIZIERUNG DES STATISCHEN
DREIDIMENSIONALEN SOLVERS 68 4.1.4 DREIDIMENSIONALE ZEITHARMONISCHE
BERECHNUNG 69 4.1.4.1 DER/-/'-ANSATZ 70 4.1.4.2 DER AE - AE, F- ANSATZ 70
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KONVERGENZVERHALTENS DER ZEITHARMONISCHEN ANSAETZE 73 INHALTSVERZEICHNIS
4.1.5 DREIDIMENSIONALE TRANSIENTE BERECHNUNG 78 4.1.5.1 UNTERSUCHUNG DES
KONVERGENZVERHALTENS DER TRANSIENTEN ANSAETZE 79 4.2 ELEKTROMAGNETISCHE
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LORENTZKRAEFTE 84 5 STRUKTURDYNAMISCHE BERECHNUNG 87 5.1 GRUNDLAGEN 88
5.2 DIE NUMERISCHE MODALANALYSE 91 5.2.1 MODALANALYSE MIT IMOOSE 92
5.2.2 MODALANALYSE MIT ANSYS 95 5.3 KRAFTTRANSFORMATION 96 5.4 DAS
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BERECHNUNG 108 5.8 EXPERIMENTELLE MODALANALYSE 114 6 AKUSTISCHE
BERECHNUNG 119 6.1 GRUNDLAGEN DER AKUSTISCHEN BERECHNUNG 119 6.2
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ERGEBNISSE 123 6.5 MESSUNG DES LUFTSCHALLS 127 7 BEWERTUNG 133 8
ZUSAMMENFASSUNG 135 INHALTSVERZEICHNIS A DETAILS ZU DEN VERWENDETEN
FINITE-ELEMENTE-METHODEN 137 A.L DIE VERWENDETEN ELEMENTE 137 A.L.L
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