Resonanz ist ein weit verbreitetes Phänomen, das in nahezu allen Bereichen der Physik auftritt. Ohne Resonanz hätten wir kein Radio, Fernsehen, Musik oder Schaukeln auf Spielplätzen. Resonanz hat natürlich auch ihre Schattenseiten. Es führt gelegentlich zum Einsturz einer Brücke, zum Auseinanderbrechen eines Hubschraubers oder zu anderen Unannehmlichkeiten. Die wichtigste Resonanzform, die für HFWorks-Studien relevant ist, ist die elektromagnetische Resonanz.
HFWorks generiert eine EM-Matrix für die Struktur, die Informationen über die natürlichen Schwingungsarten enthält. Diese Modi können dann mathematisch gefunden werden. Das macht der Eigenmode-Löser. Es wird geprüft, mit welcher Frequenz eine Struktur schwingen kann. Wenn Verluste enthalten sind (endliche Leitfähigkeit, dielektrischer Verlust usw.), wird die Resonanz geschwächt, und ein Qualitätsfaktor kann ermittelt werden, indem die gespeicherte Energie mit der pro Zyklus verbrauchten Energie in Beziehung gesetzt wird [1].
Abbildung 1 - Zylinderförmiger Hohlraum
Wie bereits erwähnt, führen wir eine Resonanzstudie durch. Der Benutzer kann die Anzahl der Modi wählen. Die Anzahl der Moden definiert die Anzahl der Resonanzfrequenzen. Durch Aktivieren des Kontrollkästchens "Niedrigste Frequenzrate" wird nur der vom Benutzer zugewiesene niedrige Frequenzbereich berücksichtigt, da die Anzahl der Modi normalerweise unendlich ist.
Die meisten Anwendungen, bei denen eine Resonanzanalyse erforderlich ist, zielen darauf ab, die Resonanzfrequenzen, Q-Faktoren und die Verteilung des elektrischen Feldes zu berechnen. Diese Anwendungen umfassen: Design von Filtern, Oszillatoren, Stimmelementen usw. Diese Art der Simulation wird hauptsächlich für die Modallösungen des elektrischen Feldes und deren Verteilung für jede Resonanzfrequenz verwendet.
In diesem Beispiel haben wir es mit einem zylindrischen Hohlraum zu tun. Den Grenzen wird eine PEC-Randbedingung zugewiesen. Stattdessen könnte eine IEC-Grenze (Imperfect Electric Conductor) zusammen mit dielektrischen Verlusten zugewiesen werden: Dieser Fall wäre realistischer und die Berechnung der Q-Faktoren wäre möglich. Der innere Teil des Zylinders ist mit Luft gefüllt. Der Löser bestimmt die Frequenzen, bei denen die Struktur schwingt.
Der Eingriff wird auf den drei Seiten des Zylinders ausgeführt und sollte so genau sein, dass der Löser die zylindrische Form des Objekts berücksichtigt. Der Benutzer kann mit der globalen Maschengröße herumspielen, um einen Kompromiss zwischen der Ergebnisgenauigkeit und der Simulationszeit zu finden.
Die Ausgabeergebnisse betreffen die Verteilung des elektrischen Feldes (Größe, Ausrichtung, randartige Oberflächen) und können in HFWorks visualisiert werden. Diese Diagramme können dann automatisch in einem von HFWorks erstellten Bericht in einem HTML- oder Word-Dokument dargestellt werden.
Abbildung 2 - Randbereiche des elektrischen Feldes für die verschiedenen Modi (von 1 bis 4)
Mit HFWorks kann der Benutzer das elektrische und magnetische Feld für jeden Modus innerhalb der Struktur mithilfe der Schnittbegrenzungsfunktion zeichnen.
Abbildung 3 - Verteilung des elektrischen Feldes mit der Schnittbegrenzungsfunktion
Das vorige Beispiel stellt einen idealen Fall dar, in dem wir keine dielektrischen oder Metallverluste haben. Um ein realistischeres Beispiel zu modellieren, können wir die PEC-Randbedingung durch eine IEC ( Imperfect Electric Conductor: Leitfähigkeits- und Rauheitswerte können eingestellt werden) ersetzen und einen dielektrischen Verlust hinzufügen .
Darüber hinaus können wir ein bestimmtes Segment zwischen zwei vordefinierten Punkten in SolidWorks auswählen und das elektrische Feld zwischen diesen zeichnen. Die Entfernung wird in der Standardeinheit angezeigt. Hier ist ein Beispiel:
In Bezug auf den Q-Faktor spiegelt sich seine physikalische Bedeutung in der folgenden Formel wider:
Für jeden Modus berechnet HFWorks den Qualitätsfaktor, um eine Vorstellung von der energetischen Leistung des Systems zu erhalten: Die folgende Abbildung zeigt die praktischen Parameter für jeden Modus:
Der Export von Tabellen in Dateien unterschiedlicher Formate ist ebenfalls möglich. Somit können die Ausgabedatendateien für andere Simulationen in anderen Programmen verwendet werden. Eine Reihe von Dateierweiterungen ist verfügbar: Text, Touchstone, Excel Sheets, Circuit Simulator File und Super Compact Data.
[1 ] “Coupled Resonator Filter Realization by 3D-EM Analysis and Space Mapping”, IEEE MTT IMS-2002, Seattle USA, WMB Workshop
[2 ] Volume Mesh Generation and Finite Element Analysis of Trabecular Bone Magnetic Resonance images 2007 Ángel Alberich-Bayarri, David Moratal, Luis Martí-Bonmatí, Manuel Salmerón-Sánchez, Ana Vallés-Lluch, Laura Nieto-Charques, José J. Rieta, Member, IEEE
[3 ] Eigenmode Analysis of Boundary Conditions for the One-Dimensional Preconditioned Euler Equations David L. Darmofal, Pierre Moinier, Michael B. Giles§
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