Hallo liebe McLer, ich versuche folgendes zu Lösen: Ich habe einen Würfelmagneten (20 x 20 x 20 mm) Neodynm N52 mit einer Remanenzflussdichte von 1.44 Tesla. Ich habe analytisch mittels folgender Formel (Würfel/Quadermagnet): http://www.supermagnete.de/faq/Wie-berechnet-man-die-magnetische-Flussdichte die magnetische Flussdichte meines Magneten errechnet. Ergebnis war 0.63 Tesla. Gemessen habe ich ebenfalls 0.61 Tesla, also quasi die selbe Flussdichte ! Nun will ich das ganze noch mittels FEM bestimmen, dazu verwende ich das Programm FEMM: Hier ein Bild aus meiner Simulation:
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Die Simulation zeigt aber leider ein Ergebnis, dass nicht mit dem der Messung bzw. berechnung übereinstimmt, was mache ich da falsch ?
Kann keiner helfen?
Femm kann kein 3D, sondern nur ebene, unendlich dicke oder rotationssymmetrische Felder rechnen. Außerdem hast du IMHO zu wenig Luft drumrum. Was hast du als N52 Materialmodell genommen?
Schieb mal den Magneten auf die Rotationsachse. So ist das doch eher ein Ringmagnet oder?
Sind die Randbedingungen richtig? Ich hatte schon eine Flussdichte von ein paar Megatesla bei zehn Windungen und ein paar Ampere, weil die Randbedingungen falsch waren.
dumdi dum schrieb: > Schieb mal den Magneten auf die Rotationsachse. So ist das doch eher ein > Ringmagnet oder? Wol soll denn ein Würfel eine Rotationsachse oder eine Rotationssymmetrie haben?
>Wo soll denn ein Würfel eine Rotationsachse oder eine Rotationssymmetrie haben?
Hat er doch. repetiert sich alle 90 Grad.
Dussel schrieb: > Sind die Randbedingungen richtig? Ich hatte schon eine Flussdichte > von ein paar Megatesla bei zehn Windungen und ein paar Ampere, weil die > Randbedingungen falsch waren. Was soll ich bei solch einem einfachen fall annehmen als Randbedingung ??? Bzw woran erkennt man dass die Umgebung bei Luft zu klein Ist ? Wie groß soll ich dir Machen ?
Nenns schrieb: > Was soll ich bei solch einem einfachen fall annehmen als Randbedingung > ??? Gute Frage. Das ist der Grund, warum ich dann JMAG benutzt habe. In der Anleitung sind für einen Fall die Randbedingungen gegeben. Wie man die allgemein bekommt, habe ich in der Dokumentation nicht gefunden.
Da steht was darüber: http://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_FEM_-_Tutorial_-_Magnetfeld_-_Randbedingungen
Nenns schrieb: > ... Bzw woran erkennt man dass die Umgebung bei Luft zu klein Ist ? Wie > groß soll ich dir Machen ? Das erkennt man schon an der 0,05-0,1T Farbfläche, oder daran daß die Feldlinien aussen gestaucht aussehen. Mach die Luft doch einfach mal in Schritten größer. Dann siehst du selber wie sich die Feldlinien erst noch ändern, und irgendwann nicht mehr. btw: Falls Du die Luft nur über eine maximale Flächenelementgröße definiert hast: besser/schneller ist oft eine eher grobe Flächenelementgröße, aber zusätzlich eine feine Elementgröße auf den Linien (hier die des Magneten).
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nicht Gast schrieb: > Mach die Luft doch einfach mal in Schritten größer. Dann siehst du > selber wie sich die Feldlinien erst noch ändern, und irgendwann nicht > mehr. Am einfachsten ist die automatisch Methode (im Anhang mit r=25mm): http://www.femm.info/wiki/OpenBoundaryExample Ansonsten liegt es tatsächlich an der 2-D-Analyse. Bei rotationssymetrischer Eingabe (r=11.3mm d.h. Fläche/Volumen~Würfel) wird das Ergebnis besser. Auch könnte man noch Hc im vorgegebenen Material N52 anpassen. http://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample
cidra schrieb: > nicht Gast schrieb: >> Mach die Luft doch einfach mal in Schritten größer. Dann siehst du >> selber wie sich die Feldlinien erst noch ändern, und irgendwann nicht >> mehr. > > Am einfachsten ist die automatisch Methode (im Anhang mit r=25mm): > http://www.femm.info/wiki/OpenBoundaryExample > > Ansonsten liegt es tatsächlich an der 2-D-Analyse. Bei > rotationssymetrischer Eingabe (r=11.3mm d.h. Fläche/Volumen~Würfel) wird > das Ergebnis besser. Auch könnte man noch Hc im vorgegebenen Material > N52 anpassen. > http://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample Vielen Dank, wie ich sehe, hast du eine Remanenz von knapp 0.6 Tesla, ich probiere das mal mit dem openBoundary, ist denn eine 3d-Simulation da besser`?
cidra schrieb: > Ansonsten liegt es tatsächlich an der 2-D-Analyse. Bei > rotationssymetrischer Eingabe (r=11.3mm d.h. Fläche/Volumen~Würfel) wird > das Ergebnis besser. Auch könnte man noch Hc im vorgegebenen Material > N52 anpassen. > http://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample Warum wird das Ergebniss eig. bei rotationssysmmetrie besser ? Wir haben doch einen Würfel mit 20 x 20 x 20....das wäre doch eig. Planar?? Wäre hier eine 3D-Simulation besser? Gibt es eig. kostenlose 3D-FEM Programme oder sind diese alle kommerziell?
Nenns schrieb: > Wir haben doch einen Würfel mit 20 x 20 x 20....das wäre doch eig. > Planar?? Im Prinzip ja - das Problem ist, dass die Berechnung der Felder tatsächlich nur in einer Ebene erfolgt, während die Tiefe nur für die integrierenden Berechnungen (z.B. Kraft) herangezogen wird. Mit den entsprechenden Abweichungen. > Warum wird das Ergebniss eig. bei rotationssysmmetrie besser ? Weil hier die Feldverteilung eher dem 3D-Verlauf entspricht. > Wäre hier eine 3D-Simulation besser? Bei einzelnen (Neodym)-Magneten schon, bei einem Motor oder Trafo sind die Abweichungen nicht ganz so extrem - die Streufelder an den "Enden" sind da meistens vernachlässigbar, da µr(Fe)>>µr(NeFeB). > Gibt es eig. kostenlose 3D-FEM Programme oder sind diese alle > kommerziell? Wenn du viel Geduld mitbringst z.B. http://www.freefem.org/ff++/index.htm https://www.csc.fi/web/elmer Als halbkomerzielles Produkt käme noch Radia in Frage. http://www.esrf.eu/Accelerators/Groups/InsertionDevices/Software/Radia Das Programm selber ist kostenlos, benötigt aber Mathematica. Das Problem dabei ist, dass diese Programme eher aus dem akademischen Umfeld stammen und du jedes einzelne Detail - Differenzialgleichungen, Geometrie, Boundaries, Mesh, Solver, Plot... - über mehr oder weniger intuitive Kommandos/Scripte und ggfls. Zusatzprogramme selber parametrieren mußt. Das ist auch ein Grund dafür, warum ich FEMM gegenüber anderen 2D-Programmen wie z.B. Agros2d bevorzuge - die wesentlichen Schritte sind auch ohne Scripting "auf Knopfdruck" vorhanden, so dass eigenlich nur Materialeigenschaften zu erstellen sind.
cidra , vielen lieben Dank für deine Antwort. Vll. arbeite ich mich mit Ansys-Magnetostatik ein, das müsste doch 3D können oder ? Wir haben nämlich hier in der Hochschule ne Lizenz....
@ cidra, bekommst du auch eine Anordnung hin, wo zwei Permanentmagneten sich abstoßen und kannst du daraus die Kraft ermitteln mittels FEMM ? Oder ist das ebenfalls eine 3D-Angelegenheit?
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Nenns schrieb: > bekommst du auch eine Anordnung hin, wo zwei Permanentmagneten sich > abstoßen und kannst du daraus die Kraft ermitteln mittels FEMM ? Benjamin? Wie gesagt, FEMM kann Kräfte berechnen. http://www.femm.info/wiki/ACForceExample Mit einem Script kann auch ein Abstand-Kraft-Diagramm erstellt werden. http://www.femm.info/wiki/CoilGun Die Genauigkeit hängt aber sehr stark von der des Feldverlaufs ab. Näheres beim Vergleich der beiden Methoden "Weighted Stress Tensor Volume Integral" bzw. "Maxwell Stress Tensor Line Integral" im User's Manual. Du solltest auch berücksichtigen, dass die Simulation zwar keine Kraft in radialer Richtung ausweist, in der Praxis aber die Magnete sich verschieben, drehen und im Endeffekt aufeinander klatschen werden - je nach Größe der Magneten auch mit Splitterbildung. Ohne mechanische Führung ist die abstoßende Wirkung ein labiles Gleichgewicht. https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw%27s_theorem
cidra schrieb: > Nenns schrieb: >> bekommst du auch eine Anordnung hin, wo zwei Permanentmagneten sich >> abstoßen und kannst du daraus die Kraft ermitteln mittels FEMM ? > > Benjamin? Wie gesagt, FEMM kann Kräfte berechnen. > http://www.femm.info/wiki/ACForceExample > Mit einem Script kann auch ein Abstand-Kraft-Diagramm erstellt werden. > http://www.femm.info/wiki/CoilGun > > Die Genauigkeit hängt aber sehr stark von der des Feldverlaufs ab. > Näheres beim Vergleich der beiden Methoden "Weighted Stress Tensor > Volume Integral" bzw. "Maxwell Stress Tensor Line Integral" im User's > Manual. > > Du solltest auch berücksichtigen, dass die Simulation zwar keine Kraft > in radialer Richtung ausweist, in der Praxis aber die Magnete sich > verschieben, drehen und im Endeffekt aufeinander klatschen werden - je > nach Größe der Magneten auch mit Splitterbildung. > Ohne mechanische Führung ist die abstoßende Wirkung ein labiles > Gleichgewicht. https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw%27s_theorem Super,vielen Dank ! Das mit dem Script muss ich mir da mal genauer anschauen, aber das wäre schon super mit einem ABstands-Kraft-Diagramm, wobei eine Kraft von 51N ist schon ordentlich, ob das Ergebnis auch stimmt.... Echt super, vielen dank !
Cidra, echt vielen Dank für deine Antwort. Anbei noch eine Frage: Mit Hilfe des Biot-Savart-Gesetz kann ich das Magnetfeld einer Spule in einem bestimmten Punkt berechnen. Nun möchte ich mit Hilfe von FEMM diese Rechteckspule 77http://www.spulen.com/media/catalog/product/cache/1/image/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/s/b/sb135x76.jpg zeichnen und mir das Feld in der z-Koordinate ausspucken lassen, ist das möglich? Sorry, das ich viel frage, nur habe ich grad mega interesse daran mich in FEMM einzuarbeiten ! Toll das du dir die zeit zum antworten nimmst !
cidra schrieb: > Die Genauigkeit hängt aber sehr stark von der des Feldverlaufs ab. > Näheres beim Vergleich der beiden Methoden "Weighted Stress Tensor > Volume Integral" bzw. "Maxwell Stress Tensor Line Integral" im User's > Manual. Alles klar nur wenn ich die Kraft berechne, steht bei mir immer nur Force via WEIGHT Stress Tensor, wo steht denn die Funktion Maxwell Stress Tensor?
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Nenns schrieb: > Nun möchte ich mit Hilfe von FEMM diese Rechteckspule > zeichnen und mir das Feld in der z-Koordinate ausspucken lassen, ist das > möglich? Probier es einfach aus. Als Planarproblem die beiden Spulenhälften mit verschiedenem Abstand zueinander zeichnen und a) bei 1kHz die Induktivität rechnen lassen b) B-Verlauf entlang der Mittelachse anzeigen c) Die Auswirkung einer Überlagerung anzeigen - so als wären zwei Spulen daran beteiligt. Nenns schrieb: > wo steht denn die Funktion Maxwell Stress Tensor? Wenn du den Contour-Modus aktivierst (ist ja ein Linienintegral) und den Umriss einzeichnest (Punkt=rechte Maustaste), dann ändert sich die Auswahl des Integrate-Menüs. Wichtig ist dabei der Umlaufsinn - weshalb bei mir mit den drei Linien 0,0 > 15,0 > 15,30 > 0,30 eine negative Kraft errechnet wird.
@ cidra, ich kann mich echt nicht oft genug bei dir bedanken ! Du hast mir sehr viel geholfen, vielen Dank ! Wenn ich Fragen habe, melde ich mich gerne wieder !
Hallo cidra, ich habe mich heute das erste mal mit Lua auseinandergesetzt und dabei die Konsole von FEMM verwendet. Ich habe es zwar geschafft, mir ein Kraft-Abstands-Diagramm zu berechnen, nur die Ergebnisse bekomme ich auf der Konsole angezeigt in Form von --> 3 0.2 Was ich gerne machen würde, ist das ganze zu visualisieren oder die Werte mir in ein Format abzuspeichern, um das in Matlab grafisch darstellen zu können, weiß du wie das geht ? Besten dank !
Vll würde ich das problem bessser in den Griff bekommen, wenn ich wüsste ich die Simulation von Matlab aus starten würde`??
Es gibt ein interessantes Update zu dem Thema: Es gibt jetzt eine kostenlose FEM-Software für 3D. Die ist von Anfang des Jahres 2017. Z88Aurora® https://z88.de/ueberblick/ Gruß Gerhard
Gerhard A. E. U. schrieb: > Es gibt ein interessantes Update zu dem Thema: > > Es gibt jetzt eine kostenlose FEM-Software für 3D. Die ist von Anfang > des Jahres 2017. Super! Jetzt benötige ich nur noch das mechanische Modell eines Magnetfeldes. Zitat aus theoryguide.pdf: > "Z88Aurora is a software package for solving structural mechanical, > linear and nonlinear static problems, eigen problems, and thermal > problems by the Finite Element Analysis (FEA) (...)" Grüßle Volker
Also, soweit ich weiß, kann man damit auchMagnetfelder, Kräfte durch Magnetfelder und Verformungen berechnen. Aber ich muss es selbst noch ausgiebig testen. Ich selbst will die Kräfte an einer Stahlkugel errechnen, welche sich in der Nähe eines Permanentmagneten befindet. Das benötige ich, um die Abstände und die Winkel der Magnete zu bestimmen, um die Kugel eine bestimmte Bewegung machen zu lassen.
Nachtrag: Ich habe das Programm inzwischen ausprobiert, und man kann wohl doch keine Magnetfelder und Kräfte damit berechnen. Leider! Sorry, das war ein Irrtum von mir.
Beitrag #5177622 wurde vom Autor gelöscht.
Beitrag #5177626 wurde vom Autor gelöscht.
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420 KB
Ich hab das mal in eine mir bekannte FEM-Software reingeklopft und komme auf ca. 0.63 Tesla. Gelöst wurde mit NGSolve (https://ngsolve.org), ein Magnetostatik-Beispiel gibts hier: https://ngsolve.org/docu/nightly/i-tutorials/unit-2.4-Maxwell/Maxwell.html Das Skript sowie ein Screenshot sind angehängt.
1 | > python3 magnet.py |
2 | ... |
3 | Value at center of right plane B(0.01,0,0) = (0.6312834965630694, 0.00026373300933664657, 0.0004178045949779554) Tesla |
LG, Matthias
:
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