Gekoppelte multiphysikalische Simulation

Verständnis der Wechselwirkung von Schaltungen, elektromagnetischer, thermischer und mechanischer Felder

Plugin erforderlich: um dieses Objekt angezeigt zu bekommen, muss Ihr Browser Dateien vom Typ image/svg+xml unterstützen. Download

Komplexe Simulationsmodelle bestehen in den Ingenieurwissenschaften meist aus vielen Teilmodellen, z.B. aus verschiedenen physikalischen Disziplinen („multiphysics“) oder verschiedenen Skalen in Zeit und Ort („multiscale“ und „multirate“).

Zum Beispiel können Geräte oft als elektrische Schaltungen, d.h. durch Schaltungsmodelle, ausreichend genau simuliert werden, aber steigende Frequenzen und die abnehmende Größe zwingen Konstrukteure und Konstrukterinnen Wellenausbreitungseffekte, Wirbelströme, ferromagnetische Sättigung, Hysterese und viele weitere multiphysikalische Effekte, z.B. Wärmeausbreitung zu berücksichtigen. Kompliziertes Materialverhalten, z.B. Supraleitung, machen die mathematische Modelierung noch komplexer. Einige Modelle können durch ordnungsreduzierte Ersatzmodelle dargestellt werden, die in eine elektrische Schaltung eingebettet sind, andere erfordern voll gekoppelte Simulationen.

Die Darstellung feldabhängiger Nichtlinearitäten, Hystereseeffekte und der Multiphysik ist jedoch nicht einfach. Es werden oft aufwändige 3D Feldmodelle benötigt, z.B. diskretisiert mit klassischen finiten Elementen (FEM) oder isogeometrischer Analyse (IGA). Daher ist die Analyse und Simulation von Feld/Netzwerk-Hybridmodellen ein relevanter Forschungszweig.

Lorenzo Bortot ; Bernhard Auchmann ; Idoia Cortes Garcia ; Herbert De Gersem ; Michał Maciejewski ; Matthias Mentink ; Sebastian Schöps ; Jeroen Van Nugteren ; Arjan Verweij (2020):
A Coupled A-H Formulation for Magneto-Thermal Transients in High-Temperature Superconducting Magnets.
In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, ISSN: 1051-8223, DOI: 10.1109/TASC.2020.2969476, arXiv: 1909.03312. [Article]

Thorben Casper ; David Duque ; Sebastian Schöps ; Herbert De Gersem (2019):
Automated Netlist Generation for 3D Electrothermal and Electromagnetic Field Problems.
In: Journal of Computational Electronics, 18, (4), pp. 1306–1332, DOI: 10.1007/s10825-019-01368-6, arXiv: 1809.08588. [Article]

Thorben Casper ; Ulrich Römer ; Herbert De Gersem ; Sebastian Schöps (2019):
Coupled Simulation of Transient Heat Flow and Electric Currents in Thin Wires: Application to Bond Wires in Microelectronic Chip Packaging.
In: Computers and Mathematics with Applications, ISSN: 0898-1221, DOI: 10.1016/j.camwa.2019.10.009, arXiv: 1809.09034. [Article]

Michał Maciejewski ; Pascal Bayrasy ; Klaus Wolf ; Michał Wilczek ; Bernhard Auchmann ; Tina Griesemer ; Lorenzo Bortot ; Marco Prioli ; Alejandro Manuel Fernandez Navarro ; Sebastian Schöps ; Idoia Cortes Garcia ; Arjan Peter Verweij (2018):
Coupling of Magnetothermal and Mechanical Superconducting Magnet Models by Means of Mesh-Based Interpolation.
In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, ISSN: 1051-8223, DOI: 10.1109/TASC.2017.2786721. [Article]

Lorenzo Bortot ; Bernhard Auchmann ; Idoia Cortes Garcia ; Alejando M. Fernando Navarro ; Michał Maciejewski ; Matthias Mentink ; Marco Prioli ; Emmanuele Ravaioli ; Sebastian Schöps ; Arjan Verweij (2018):
STEAM: A Hierarchical Co-Simulation Framework for Superconducting Accelerator Magnet Circuits.
In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, ISSN: 1051-8223, DOI: 10.1109/TASC.2017.2787665. [Article]

Lorenzo Bortot ; Bernhard Auchmann ; Michał Maciejewski ; Marco Prioli ; Sebastian Schöps ; Idoia Cortes Garcia ; Arjan Peter Verweij (2018):
A 2-D Finite-element Model for Electrothermal Transients in Accelerator Magnets.
In: IEEE Transactions on Magnetics, 54, (3), pp. 1–4, ISSN: 0018-9464, DOI: 10.1109/TMAG.2017.2748390, arXiv: 1710.01187. [Article]

Michał Maciejewski ; Idoia Cortes Garcia ; Sebastian Schöps ; Bernhard Auchmann ; Lorenzo Bortot ; Marco Prioli ; Arjan Peter Verweij (2017):
Application of the Waveform Relaxation Technique to the Co-Simulation of Power Converter Controller and Electrical Circuit Models.
In: 2017 22nd International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), 837–842. IEEE. DOI: 10.1109/MMAR.2017.8046937, arXiv: 1704.02839. [In Proceedings]

Jacopo Corno ; Carlo de Falco ; Herbert De Gersem ; Sebastian Schöps (2016):
Isogeometric Simulation of Lorentz Detuning in Superconducting Accelerator Cavities.
In: Computer Physics Communications, 201, pp. 1–7, ISSN: 0010-4655, DOI: 10.1016/j.cpc.2015.11.015, arXiv: 1606.08209. [Article]

Thorben Casper ; Ulrich Römer ; Sebastian Schöps (2016):
Determination of Bond Wire Failure Probabilities in Microelectronic Packages.
In: 22nd International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC 2016), 39–44. IEEE. ISBN: 978-1-5090-5450-3, DOI: 10.1109/THERMINIC.2016.7748645, arXiv: 1609.06187. [In Proceedings]

Thorben Casper ; Herbert De Gersem ; Sebastian Schöps. Willem van Driel ; Peter Rodgers (editors) (2016):
Automatic Generation of Equivalent Electrothermal SPICE Netlists from 3D Electrothermal Field Models.
In: 17th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE 2016). IEEE. ISBN: 9781509021079, DOI: 10.1109/EuroSimE.2016.7463329, arXiv: 1610.04304. [In Proceedings]

Lorenzo Bortot ; Michał Maciejewski ; Alejandro Manuel Prioli, Marco Fernandez Navarro ; Jonas Blomberg Ghini ; Bernharda Auchmann ; Arjan Peter Verweij (2016):
A Consistent Simulation of Electro-thermal Transients in Accelerator Circuits.
In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, ISSN: 1051-8223, DOI: 10.1109/TASC.2016.2639585. [Article]

Lorenzo Bortot ; Michał Maciejewski ; Marco Prioli ; Alejandro Manuel Fernandez Navarro ; Sebastian Schöps ; Idoia Cortes Garcia ; Bernhard Auchmann ; Arjan Peter Verweij (2016):
Simulation of Electro-Thermal Transients in Superconducting Accelerator Magnets with COMSOL Multiphysics.
In: Proceedings of the European COMSOL Conference 2016. URL: https://www.comsol.com/conference2016/download-paper/38161. [In Proceedings]

Sebastian Schöps (2015):
Iterative Schemes for Coupled Multiphysical Problems in Electrical Engineering.
In: IFAC-PapersOnLine, volume 48, 165–167. Elsevier. DOI: 10.1016/j.ifacol.2015.05.174. [In Proceedings]

Andreas Bartel ; Markus Brunk ; Michael Günther ; Sebastian Schöps (2013):
Dynamic Iteration for Coupled Problems of Electric Circuits and Distributed Devices.
In: SIAM Journal on Scientific Computing, 35, (2), pp. B315–B335, ISSN: 1064-8275, DOI: 10.1137/120867111. [Article]