Laboratório da Teoria Eletromagnética TUTORIAL ANSOFT MAXWELL 2D PROF. GEORGES
1. INTRODUÇÃO O Ansoft Maxwell 2D é um programa computacional que permite a visualização dos campos magnéticos, campos elétricos e visualização de outras forças tais como densidade de fluxo magnético e elétrico dentre outras. Sabe-se que circuitos elétricos e magnéticos são de difícil confecção e desenho no mundo real, devido a não linearidade dos materiais em uso. O Ansoft permite a elaboração do desenho e análise de tais circuitos/materiais sem custos e com o mapeamento das forças atuando nas mesmas [1].
2. AMBIENTE DE SIMULAÇÃO Seguem alguns opcionais presentes no Ansoft Maxwell 2D, Figura 2.1 a 2.4: • •
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Manager , contem o a árvore da estrutura do projeto; O Project Manager, O Message Manager permite a visualização de prováveis erros ou avisos que possam ocorrer antes, durante e após a simulação; O Property Window possibilita a visualização e modificação dos parâmetros e atributos do modelo; O Progress Window mostra o progresso da simulação; O 3D Modeler Window é uma janela que contém o modelo a ser simulado e sua árvore ativa mostrando os detalhes das peças gerais. Janela da propriedade
Botões daProprieda de
Tabela da propriedade
Figura 2.1 – Tela da Janela de Propriedade do Ansoft Maxwell 2D.
Barra de Ferramenta
Barra de Menu
Project Manager com árvore do projeto
Janela do 3D Modeler
Janela de propriedades
Barra de status
Figura 2.2 – Tela de simulação do Ansoft Maxwell 2D.
Janela do Project Manager com árvore do projeto Projeto
Desenho Configuração de Desenho
Resultado do Desenho
Figura 2.3 – Tela da janela do Project Manager . do Project Manager.
Material Objeto Histórico de comandos do objeto
Figura 2.4 – Tela da árvore do 3D Modeler. a) Barra De Ferramenta. Os botões da barra de ferramenta são atalhos para comandos utilizados com muita freqüência. Alguns botões são presentes na tela da Figura 2.2 e caso estiver faltando ou de sobra, dar um clique com o botão direto do mouse , na área da barra de ferramenta e uma tela igual à Figura 2.5 aparecera e, escolher a barra que deseja visualizar. Mas dependendo do tipo de simulação a ser escolhida, 2D ou 3D, a barra de ferramenta irá apresentar os botões considerados necessários para manuseio do material a ser desenhado e analisado.
Figura 2.5 – Tela de opções da barra de ferramenta.
Outra maneira de se chegar até a manipulação customizada da barra de ferramenta é realizando um clique em Tools > Customize. Desta forma a tela apresentada na Figura 2.6 será mostrada.
Figura 2.6 – Tela de customização da barra de ferramenta. b) Abrindo um Projeto.
Para abrir um novo projeto: 1. Selecionar File > New; 2. Selecione o menu Project > Insert Maxwell 2D Design.
Para abrir um projeto existente: 1. Selecionar File > Open; 2. Dar um clique no botão Abrir da tela de mensagem.
c) Seleção do tipo de solução (Solution Type). Esta seção descreve como configurar o tipo de solução ( Solution Type). Esta solução define o tipo de resultado que se deseja obter, como a excitação será definida assim como a convergência do sistema comum todo, Figura 2.7.
Para selecionar o tipo de solução: 1. Selecionar Maxwell 2D > Solution Type e escolher o tipo de geometria sendo cartesiana (XY) ou cilíndrica com simetria em (Z); 2. Caso o modelo a ser analisado for de característica magnética, escolher Magnetostatic e caso for elétrico escolher Eletrostatic respectivamente.
Figura 2.7 – Tela de escolha do tipo de solução ( Solution Type). d) Modificação do tamanho do sistema de coordenada. Esta seção descreve como configurar o tamanho ou presença do sistema de coordenada presente na área da Janela do 3D Modeler , via View > Coordinate System, Figura 2.8.
Figura 2.8 – Tela de escolha do sistema de coordenadas. e) Modificação do tamanho da grade da Janela do 3D Modeler. Esta seção descreve como configurar o tamanho da grade ( Grid ) presente na área da Janela do 3D Modeler , selecionando View > Grid Settings, Figura 2.9.
Figura 2.9 – Tela de escolha do tamanho da grade. f) Desenho. Esta seção descreve como selecionar as formas geométricas adequadas para desenhar os modelos desejados, Figura 2.10.
Para objetos em 2D: 1. Selecione Project > Insert Maxwell 2D Design; 2. Selecione Draw > Rectangle....
Para objetos em 3D: 1. Selecione Project > Insert Maxwell 3D Design; 2. Selecione Draw > Box.....
Figura 2.10 – Tela de escolha das formas geométricas.
3. PLATAFORMA DA FERRAMENTA COMPUTACIONAL A plataforma computacional provê uma interface intuitiva para desenvolvimento de todo tipo de modelo de dispositivo eletrostático, magnetostatico, RF dentre outras possibilidades. A criação do desenho envolve: •
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Parametric Model Generation – refere-se a criação da geometria pretendida pelo usuário, das condições de contorno e excitações; Analysis Setup – define os passos da freqüência de operação e configuração da solução; Results – criação de plotagem de campos e relatórios 2D; Solve Loop – o processo para obtenção da solução é plenamente automatizado, como mostrado a seguir, Figura 3.1.
Figura 3.1 – Tela de processo da plataforma computacional. 4. EXMPLO DE ELABORAÇÃO DE PROJETO MAGNETOSTATICO Esta seção descreve a seqüência de passos básicos para o desenvolvimento de um projeto magnetostático, que neste caso trata do desenho de um imã interagindo com outro imã.
a) Desenho do IMÃ principal:
Criar novo projeto: 1. Selecione Project > Insert Maxwell 2D Design; 2. Selecione File > New (dica: pode-se usar o comando Ctrl-N); 3. Selecione File > Save As, para salvar como ProjectIMA , Figura 4.1.
Figura 4.1 – Tela apresentada para salvar o projeto com extensão *.mxwl .
Criar formato do 1º objeto ( entende-se aqui a peça ): 1. Selecione View > Grid Settings e digite 10 no campo pixels; 2. Selecione o botão do Zoom para ampliação da área de trabalho, Figura 4.2; 3. Selecionar Maxwell 2D > Solution Type e escolher a geometria cartesiana (XY) e em seguida Magnetostatic ( por termos um sistema composto por imãs com características magnéticas).
Figura 4.2 – Tela apresentada para ampliação ( aproximação) da área de trabalho.
3. Selecione Draw > Rectangle, ou aperte o botão Rectangle como mostrado na Figura 4.3.
Figura 4.3 – Tela apresentada para escolha do botão que for desenhar a peça. 4. Selecione um quadrado numa área específica da região de trabalho e, segurando com o botão esquerdo do mouse, araste o mesmo até o tamanho adequado, Figura 4.4. Dê um clique com o botão esquerdo do mouse, na posição desejada, para ter o desenho da peça, Figura 4.5.
Figura 4.4 – Tela apresentada para escolha desenhar via arrasto do cursor.
Figura 4.5 – Tela apresentando a posição final do desenho da peça.
Escolha material do objeto ( entende-se aqui a peça ): 1. Como queremos uma peça que tenha a especificação de um imã, selecione na Janela de Propriedades ao lado da propriedade Material o botão vaccum. A tela Select Definition é apresentada e procurar o material do tipo NdFe30 (magneto de neodymium ), Figura 4.6;
Figura 4.6 – Tela apresentando a seleção do material da peça. 2. Realizar a mudança do nome Rectangle1 para ima_principal no campo do valor do Name, isto permite rastrear a peça desenhada, Figura 4.7;
Figura 4.7 – Tela apresentando a mudança de nome da peça.
Criar formato do 2º objeto ( entende-se aqui a peça ): Para fins de aprendizagem, realizar o desenho da segunda peça e nomear a mesma como ima_secundario, como apresentado na Figura 4.8. ( Verifique que sua área
de trabalho seja parecida com o da figura)
Figura 4.8 – Tela apresentando a área de trabalho contendo o imã principal e secundário.
Criar a região de contorno: Todo modelo a ser implantado no Ansoft requer um cuidado específico no que tange ao controle das forças que forem aparecer no decorrer da simulação. Como não existe um espaço livre, a área de trabalho pode ser vista como uma parede (em cada canto) e desta forma causar a reflexão das forças oriundas da simulação e interferir na análise e resultados esperados. Desta forma, é tido como mandatório o uso de uma região que defina o espaço ou região de contorno simulando o espaço livre, neste caso. Essa região irá absorver
as componentes de campo incidentes nela e assim simular uma propagação além das da região de fronteira. 1. Selecione o botão do Rectangle para desenhar a geometria da região de contorno, Figura 4.9;
Figura 4.9 – Tela apresentando o desenho da região de contorno. 2. Mudar o nome da peça para contorno, Figura 4.10;
Figura 4.10 – Tela apresentando a região de contorno.
3. Com o botão direito do mouse sobre a aresta da região de contorno , selecione All Object Edges e aparecerão as arestas selecionadas, Figuras 4.11(a) e 4.11(b) respectivamente;
(a)
(b)
Figura 4.11 – Tela apresentando a seleção das arestas da região de contorno.
4. Com o botão direito do mouse sobre qualquer aresta da região de contorno, selecione Assign Boundary > Balloon e nomear o Balloon1 como fronteira, Figura 4.12(a) e 4.12(b) respectivamente;
(a)
(b)
Figura 4.12 – Tela apresentando a seleção das arestas da região de contorno.
5. Verifique a criação da região de contorno cujo nome é pode ser visto na Figura 4.13;
fronteira,
como
Figura 4.13 – Tela apresentando a região de contorno de nome fronteira. 6. Validar o projeto para verificar a correta aplicação das condições de contorno, Figura 4.14(a). Verifica-se também que não se tenha ainda a configuração da análise de simulação via Analysis Setup, Figura 4.14(b). Aperte o botão Close para voltar à área de trabalho.
(a)
(b)
Figura 4.13 – Tela apresentando a validação da região de contorno.
Configuração da análise do projeto: Este passo permite estabelecer os parâmetros ditos crucias para a correta análise do modelo desenhado. 1. Selecione Maxwell 2D > Analysis Setup > Add Solution Setup , e a tela da Figura 4.14 aparecerá. Escolha a opção de somente computar os campos;
Figura 4.14 – Tela apresentando a configuração dos parâmetros de simulação.
2. Validar a simulação e verificar que tudo esteja de acordo com a tela apresentada na Figura 4.15;
Figura 4.15 – Tela apresentando a validação dos parâmetros gerais de simulação.
Configuração da simulação do projeto: Este passo permite estabelecer os parâmetros ditos crucias para a correta simulação do modelo desenhado. 1. Aperte Analyse All , e a tela da Figura 4.16(a) aparecerá.
(a)
(b) Figura 4.16 – Tela apresentando a configuração de simulação na máquina local. 2. Selecione todos os objetos na área de trabalho via Edit > Select; 3. Selecione Maxwell 2D > Fields > Fields > A > Flux Lines e a tela da Figura 4.17(a). Escolha Flux_Lines > AllObjects e as linhas de fluxo serão apresentadas, Figura 4.17(b) .
(a)
(b)
Figura 4.17 – Tela apresentando a configuração e visualização do mapeamento das linhas de fluxo. 4. Selecione Maxwell 2D > Fields > e escolha a visualização da magnitude do campo magnético H, Figura 4.19;
Figura 4.18 – Tela apresentando a visualização magnitude do campo H.
5. REFERÊNCIAS [1] Ansoft MaxwellSV_Magnetostatic Student Guide.pdf [2] Ansoft MaxwellSV_Eletrostatic Student Guide.pdf
