Effektive Materialtransformation für ferromagnetische Bleche

voraussichtliche Laufzeit: 01.11.2022–31.10.2025
FWF-Einzelprojekt
Projektleiter: Karl HOLLAUS (E101-03)

Nicht zuletzt durch die zunehmende Elektromobilität steigen die Anforderungen an die Energieeffizienz elektrischer Geräte. Im Entwurf von elektrischen Geräten ist man daher bestrebt, die Verluste möglichst klein zu halten. Ein großer Teil der Verluste wird durch Wirbelströme in den Eisenkernen der Geräte verursacht. Um diese Verluste möglichst klein zu halten, werden die Eisenkerne aus sehr dünnen ferromagnetischen Blechen zusammengesetzt. Eine genaue und effiziente Berechnung der Wirbelströme in den geblechten Eisenkernen für einen optimalen Entwurf elektrischer Geräte ist daher von enormer praktischer Bedeutung.

Für die numerische Berechnung von Problemen mit komplexer Geometrie und nichtlinearen Materialien (Hysterese) wird vorzugsweise die Finite-Elemente-Methode verwendet. Die Gesamtabmessungen eines Eisenkerns liegen im Bereich von Metern, während die Dicke der Bleche kleiner als ein Millimeter ist. Ein detailliertes Finite-Elemente-Modell großer Geräte führt daher auf extrem große Gleichungssysteme, die mit vertretbarem Rechenaufwand nicht zu lösen sind.

Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die Rechenzeit und den Speicherbedarf in den Finite-Elemente-Simulationen drastisch zu senken, um den effizienten Entwurf der Geräte bestmöglichst zu unterstützen. Daher werden Homogenisierungsmethoden mit effektiven Materialien entwickelt, die mit einem sehr groben Finite-Elemente-Gitter und sehr einfachen Materialmodellen auskommen und so zu wesentlich kleineren und effizient zu lösenden nichtlinearen Gleichungssystemen führen. Die im FWF-geförderten Forschungsprojekt Effektive Materialtransformation für ferromagnetische Bleche, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster bereits erzielten Ergebnisse, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster sind sehr vielversprechend. Abhängig vom betrachteten Problem, können bei Finite-Elemente-Simulationen mit Hilfe der Homogenisierung mit effektiven Materialien der Speicherbedarf auf bis zu ein Hundertstel und die Rechenzeit auf bis zu ein Tausendstel im Vergleich zu detaillierten Simulationen reduziert werden.

Projektmitarbeiter: Valentin HANSER und Markus SCHÖBINGER