Praktikum "Numerische Berechnung elektromagetischer Felder"
- Details
- Zuletzt aktualisiert: Mittwoch, 29. Januar 2020 20:21
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Empfohlene Einordnung im Curriculum
Pflichtveranstaltung für Studierende im Hauptstudium elektrotechnischer Diplomstudiengänge sowie in Master-Studiengängen
Englische Bezeichnung
Computational Electromagnetics
Umfang
6 Semesterwochenstunden (3 Blöcke zu 90 Minuten) über ein Semester
Sprache
deutsch
Motivation
Elektromagnetische Anordnungen praxisrelevanter Komplexität sind im besten Fall überschlägig geschlossen zu berechnen. Seit einigen Jahren existieren Programmpakete, die eine einfache Modellierung, schnelle Analyse und anschauliche grafische Aufbereitung der Berechnungsergebnisse elektromagnetischer Felder erlauben. Diese Vorlesung vereint die zu jedem ernstzunehmenden elektrotechnischen Diplom- oder Masterstudiengang gehörigen Grundlagen der Theoretischen Elektrotechnik mit den theoretischen Grundlagen und der praktischen Anwendung der numerischen Feldanalyse.
Ausbildungsziele
- Vertiefung des Verständnisses der durch die Maxwellschen Gleichungen beschriebenen zeitinvarianten und langsam zeitvarianten Felder
- Kenntnis fundamentaler Verfahren zur numerischen Feldberechnung mit ihren Unterschieden, Vor- und Nachteilen
- Kenntnis des Datenflusses und der wesentlichen Rechenschritte bei der numerischen Feldberechnung
- Fähigkeit zur praktischen Modellierung und Analyse elektromagnetischer Felder mit einem in der elektrotechnischen Industrie weit verbreiteten Programmpaket
Erforderliche Vorkenntnisse und Fähigkeiten
- Solide Kenntnisse der Ingenieurmathematik (insbesondere Umgang mit einfachen Differenzialgleichungen und Matrizen)
- Solide Kenntnisse der mathematischen Beschreibung zeitinvarianter sowie langsam zeitvarianter elektromagnetischer Felder (Maxwellsche Gesetze)
- Technisches Englisch (die gesamte Dokumentation zum verwendeten Programm ist englisch)
Inhalt der Vorlesung
- Wiederholung der Grundlagen der Beschreibung und Berechnung elektromagnetischer Felder
- Vertiefung: Bedeutung und Anwendung der Maxwellschen Gleichungen in integraler und differenzieller Form
- Grundlagen der Vektoranalysis
- Anisotrope und dispersive Stoffe
- Magnetisches Vektorpotenzial
- Poisson-Gleichung, Laplace-Gleichung
- Poynting-Vektor
- Ansätze zur Berechnung elektromagnetischer Felder: Geschlossene Lösung, Finite Differenzen Methode, Finite Elemente Methode, Rand-Element-Methode, Finite Integrations-Methode, Momenten-Methode
- Hinweise zu Modellierung & Diskretisierung: Ausnutzen von Symmetrien, adaptive Vermaschung
- Konvergenzprobleme, Fehlerbetrachtungen
- Softwarepakete zur numerischen Berechnung elektromagnetischer Felder
- Einführung in das Arbeiten mit dem Programm CST EM Studio
- Preprocessing, Analysearten, Postprocessing
Inhalt der Übung
Modellierung und Lösung ausgewählter einfacher elektromagnetischer Feldprobleme in 2D und 3D am PC.
Zunächst ist eine Beschränkung auf lineare, zeitinvariante Anordnungen vorgesehen.
Lehrmethodik
Seminaristische Vorlesung in der ersten und Übungen am PC in der zweiten Semesterhälfte. Intensive Einbeziehung der Hörer durch begleitende Fragen und Behandlung von Fragen aus dem Auditorium.
Lehrmaterialien
- Literaturempfehlungen
- Ausbildungsziele
- Gliederung der Vorlesung
- Arbeitsblätter zu einigen Themen
- Aufgabensammlung
- Alte Klausuraufgaben mit Musterlösungen
Prüfungsform
Klausur von 120 Minuten Dauer mit theoretischem und praktischem Teil (Modellierung und Analyse vorgegebener Anordnungen am PC)