La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La simulazione numerica come metodica di analisi di materiali e prodotti R. Specogna, F. Trevisan Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "La simulazione numerica come metodica di analisi di materiali e prodotti R. Specogna, F. Trevisan Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica."— Transcript della presentazione:

1 La simulazione numerica come metodica di analisi di materiali e prodotti R. Specogna, F. Trevisan Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica Università degli Studi di Udine

2 ... Maxwell formula equazioni differenziali Come conciliare la domanda con lofferta? from 1950 Il calcolatore richiede equazioni algebriche

3 Equazioni DIFFERENZIALI... Equazioni DIFFERENZIALI Equazioni ALGEBRICHE Finite Difference in Time Domain Method of Moments Edge Elements Finite Element Method Least Square Method Boundary Element Method Finite Integration Theory Spectral Method Finite Volume Method Finite Difference Method Equazioni ALGEBRICHE Discretizzazione eq. differenziali

4 Riformulazione delle leggi fisiche dellelettromagnetismo in forma geometrica discreta (algebrica) ed esatta. Approccio Geometrico Discreto Le equazioni nascono già discrete (algebriche) pronte per poter essere risolte dal calcolatore

5 Si sfrutta la struttura geometrica dietro alle leggi fisiche di Maxwell Kron (Equivalent circuit of the field equations of Maxwell, 1944);Kron (Equivalent circuit of the field equations of Maxwell, 1944); Branin (The Algebraic-Topological Basis for Network Analogies and the Vector Calculus, 1966);Branin (The Algebraic-Topological Basis for Network Analogies and the Vector Calculus, 1966); Yee (Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media, 1966);Yee (Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media, 1966); Tonti (The Algebraic - Topological Structure of Physical Theories, 1974);Tonti (The Algebraic - Topological Structure of Physical Theories, 1974); Weiland (A discretization method for the solution of Maxwell's equations for six-component fields, 1977);Weiland (A discretization method for the solution of Maxwell's equations for six-component fields, 1977); Bossavit (How weak is the Weak Solution in finite elements methods?, 1988).Bossavit (How weak is the Weak Solution in finite elements methods?, 1988).

6 R. Specogna, F. Trevisan Discrete constitutive equations in A-c geometric eddy-currents formulation, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 41, No. 4, April 2005, pp F. Trevisan, L. Kettunen ``Geometric interpretation of finite dimensional eddy current formulations'', International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 67, Iss. 13, 2006, pp L. Codecasa, R. Specogna, F. Trevisan ``Symmetric Positive-Definite Constitutive Matrices for Discrete Eddy-Current Problems'', IEEE Transaction on Magnetics, Vol. 42, No. 2, 2007, pp R. Specogna, S. Saku, F. Trevisan Geometric T-W approach to solve eddy-currents coupled to electric circuits, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 74, Iss. 1, 2008, pp L. CODECASA, R. SPECOGNA, TREVISAN F. (2009). Subgridding to Solving Magnetostatics within Discrete Geometric Approach. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, vol. 45; p , ISSN: R. Specogna, F. Trevisan, A discrete geometric approach to solving time independent Schrodinger equation, J. Comput. Phys. (2010), doi: /j.jcp Nostro contributo teorico: scrittura delle equazioni costitutive per TETRAEDRI e POLIEDRI

7 Applicazioni di interesse industriale Sviluppato il software: G A M E Sviluppato il software: G A M E (Geometric Approach to Maxwells Equations) per la simulazione numerica di dispositivi elettrici e magnetici 2D e 3D

8 A cosa serve la simulazione numerica? La simulazione permette di velocizzare ed ottimizzare il progetto di dispositivi elettromagnetici.

9 Il codice G A M E G A M E G A M E risolve problemi di: 1.Elettrostatica ; 2.Conduzione stazionaria ; 3.Magnetostatica; 4.Correnti indotte (nel tempo ed in frequenza); 5.Elettro-quasistatica ( nel tempo ed in frequenza ); 6.Propagazione elettromagnetica (nel tempo ed in frequenza); 7.Calcolo delle forze.

10 G A M E è particolarmente adatto per risolvere problemi elettromagnetici accoppiati 1.Problemi termici; 2.Problemi strutturali.

11 Collaborazione scientifica tra DIEGM e Danieli AUTOMATION Richiesta: controllo di qualità in linea sui tondi conduttori caldi

12 Rilevazione dei difetti lunghi Difetti corti (da 1 a10 mm). Facilmente identificabili mediante coppie di avvolgimenti differenziali Difetti lunghi Difetti lunghi (da 1 m a 100 m) E necessario usare un sistema di misura assoluto Il problema è challenging 1.Temperatura della barra: 800 – 1200 °C. 2.Velocità della barra: 5 – 100 m/s. 3.Vibrazioni sulla barra: fino a 1 – 2 mm. Non esistono soluzioni pratiche per la rilevazione di difetti lunghi.

13 Applicazione di G A M E alla diagnostica elettromagnetica non invasiva Sviluppo di dispositivi per lidentificazione dei difetti lunghi in tondi conduttori caldi. I dispositivi sono stati progettati ed ottimizzati sulla base di simulazioni elettromagnetiche 3D di correnti indotte mediante il software G A M E. I prototipi dei dispositivi sono stati realizzati e testati nel laboratorio della Danieli Automation.

14 Primo prototipo del dispositivo barra calda lift–off 15 mm. La barra conduttrice D c, modellizzata come un cilindro (34 mm diametro). DcDc Una coppia di bobine D s induce correnti azimutali in D c (200 mA/spira, 7 turns, 100kHz). DsDs DsDs Si considera un difetto volumetrico D f. Long flaw Sezione variazioni di e.m.f. in ciascuna delle 12 bobine di ricezione (in giallo)

15 Variazioni di tensione calcolate con GAME (A- eT- formulazioni) e confrontate con con altri codici (CARIDDI).

16 Sviluppo sperimentale tesi sperimentale M. Papais e L. Luisa Simulazione Progetto Realizzazione Realizzazione sperimentale

17 Problema Il dispositivo risulta troppo sensibile al decentramento della barra. Necessità di un nuovo progetto tesi A. Mattaloni, F. Stefanutti

18 Nuova idea progettuale basata su correnti indotte longitudinali

19 Sviluppo di una versione specifica del codice G A M E Difetto Decentramento

20 Tensioni elettriche simulate con G A M E

21 BOBINE ECCITAZIONEBOBINE PICK-UP SCHEDA BOBINE ECCITAZIONE SCHEDA BOBINE PICK-UP SUPPORTO BOBINE Realizzazione del secondo prototipo

22 Scanner elettromagnetico per oggetti metallici sepolti, armature in cemento armato, ecc. Scanner elettromagnetico per oggetti metallici sepolti, armature in cemento armato, ecc.. 1.Tra i cinque premiati a StartCup Udine Vincitore del premio speciale terremoto StartCup Udine Quinto classificato a StartCup FVG IRONSCAN

23 Electro-quasi-statics for fusion reactor ITER Study of disk spacer electro-quasi-static behaviour. P. Bettini, R. Specogna, F. Trevisan, "Electroquasistatic analysis of the Gas Insulated Line for the ITER Neutral Beam Injector'', IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, Iss. 3, 2009, pp

24 Micro electro-mechanical systems (MEMS) Coupling between electrostatics and elastostatics. Many comparisons with FEM. P. Bettini, E. Brusa, M. Munteanu, R. Specogna and F. Trevisan, "Innovative numerical methods for nonlinear MEMS: the Non-Incremental FEM vs. the Discrete Geometric Approach, CMES: Computer Modeling in Engineering & Sciences, Vol.33, No.3, 2008, pp , regular paper. P. Bettini, E. Brusa, M. Munteanu, R. Specogna, F. Trevisan "Static behaviour prediction of microelectrostatic actuators by discrete geometric approaches", IEEE Transaction on Magnetics, Vol. 44, Iss. 6, June 2008, pp

25 SCOPO: ottimizzare leffetto di stordimento nei pesci in acqua di mare, mediante campi elettrici evitando le possibili lesioni ai pesci stessi. Studio e realizzazione di un sistema innovativo nel settore della pesca marina in collaborazione con Dipartimento di Scienze Animali (DIAN)

26 Scopo: valutazione e misurazione formazione del trombo allinterno di capillari artificiali Scopo: valutazione e misurazione della formazione del trombo allinterno di capillari artificiali rivestiti con diverse sostanze della matrice cellulare, in condizioni di flusso, sia arterioso che venoso. Problema: sviluppo di un dispositivo per test funzionali in vitro su emostasi Idea progettuale: utilizzo delle tecniche di diagnostica elettromagnetica non invasiva, Idea progettuale: utilizzo delle tecniche di diagnostica elettromagnetica non invasiva, in collaborazione con dott. Antonio Affanni. Collaborazione scientifica: con il gruppo del CRO, Collaborazione scientifica: con il gruppo del CRO, guidato dal dr. L. De Marco, con competenze sullo studio della adesione e aggregazione piastrinica in condizioni di flusso.

27 sorgentisensori canale Obiettivo. Obiettivo. Sviluppo di dispositivo basato 2.1) capacitivo; 2.1) sullaccoppiamento capacitivo; 2.2) correnti iniettate (resistivo); 2.2) sulle correnti iniettate (resistivo); 2.3) induttivo (correnti indotte). 2.3) sullaccoppiamento induttivo (correnti indotte). Progettare sorgenti elettrico sensori Progettare un sistema sorgenti di campo elettrico variabile nel tempo nel sangue intero in condizioni di flusso ed i corrispondenti sensori. Contatto con il sangue Senza contatto con il sangue

28 Aggregante piastrinico lunghezza di canale di 9 mm canale con lato 300 mm Piste 150 µm, passo tra i contatti 300 µm

29 Distribuzione del trombo (macchie bianche) nel vetrino sopra il canale nella fase finale

30 m m m m m m Conduttanza calcolata senza resistenze di contatto ed in conduzione stazionaria mediante G A M E Simulazioni al crescere del trombo nella sezione del canale

31 Realizzazione del prototipo e del sistema di misura

32 Sperimentazione: andamenti temporale della parte reale dellammettenza (conduttanza misurata) a diverse frequenze E confermata la fase di crescita della conduttanza durante la formazione del trombo; fenomeno previsto dalla simulazione

33 Modello circuitale Sintesi di una rete elettrica non lineare che rappresenti la formazione del trombo Ammettenza senza trombo Ammettenza con trombo

34 Conclusioni


Scaricare ppt "La simulazione numerica come metodica di analisi di materiali e prodotti R. Specogna, F. Trevisan Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica."

Presentazioni simili


Annunci Google