Gekoppelte multiphysikalische Simulation

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

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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.

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