Mezőszimuláció végeselem módszerrel

A tantárgy angol neve: Field Simulation with Finite Element Methods

Adatlap utolsó módosítása: 2016. március 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki Szak

Szabadon választható tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVJV35   4/0/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Pávó József, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Pávó József

egyetemi tanár

Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan tanszék

Dr. Gyimóthy Szabolcs

egyetemi docens

Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan tanszék

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Elektromágneses terek
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyTeljesítve("BMEVIHV9035") )
VAGY
NEM ( TárgyTeljesítve("BMEVIEVD024") )

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:

Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:
VIEVD024    Számítógépes mezőszimuláció a mérnöki tervezésben

A tárgyat nem vehetik fel azok a hallgatók, akik teljesítették a tárgy előd tantárgyát (VIHV9035) 

7. A tantárgy célkitűzése A végeselem-módszer (FEM) egyre nagyobb szerepet játszik a mérnöki munkában. A tárgy célja a FEM alapjainak megismerése és módszer alkalmazásához szükséges ismeretek elsajátítása. Az elméleti alapokat követően különböző mezőszimulációs szoftverek (Matlab PDE Toolbox, Comsol Multiphysics, stb.) megismerése és tipikus elektromágneses térszámítási feladatok megoldása a szoftverekkel.
8. A tantárgy részletes tematikája 1.hét. Alapismeretek összefoglalása: Maxwell-egyenletek, energia, erőhatások. Unicitási tétel dualitás, közeghatár-feltételek. Maxwell-egyenletek megoldása potenciálok bevezetésével. Időben állandó elektromos és mágnes tér számítása; skalár-, és vektorpotenciál alkalmazása.
2.hét.Időben változó elektromágneses tér, örvényáram-feladatok megoldása potenciálokkal
Hullámtani feladatok megoldása potenciálokkal, ill. a térjellemző vektorok alapján.
3.hét. Operátor-egyenletek megoldásának általános alapjai. Standard variációs elv.
Reziduum-elv, Galjerkin-módszer. Alkalmazás a Poisson-egyenlet megoldására.
4.hét. 2-dimenziós feladatok, általánosított Poisson-egyenlet, megoldás végeselem-módszerrel. Háromszögfelosztás, lineáris és magasabb fokszámú bázisfüggvények. Elemegyenletek.
5.hét. Globális egyenletek generálása és megoldása, direkt és iterációs megoldási eljárások. Illusztráció („papír-ceruza” módszer) 2D lineáris háromszög-végeselemek alkalmazására.
6. hét. A Matlab PDE Toolbox bemutatása. A modellalkotás kérdéseinek tárgyalása kiválasztott feladatok alapján. Kapacitás számítása.
7.hét. Stacionárius mágneses tér számítása lineáris ill. nemlineáris mágneses közegek esetén. Indukció-együttható számítása.
8.hét. Örvényáram-feladatok megoldása, veszteség, váltakozóáramú ellenállás számítása.
9.hét. A végeselemes számítások hibaanalízise, a szingularitások hatásának elemzése.
10. hét. Hullámtani feladatok megoldásának bemutatása: sajátérték feladatok, módusok határfrekvenciájának számítása csőtápvonalra. Vezetett hullámterjedési feladat megoldása H-síkú elágazásra, ű szórási feladat megoldása, radar-keresztmetszet számítása.
11-14.hét. Mezőszimulációs laboratórium: a hallgatók szakirányú képzéséhez kapcsolódó, önállóan választott térszámítási feladat megoldása Matlab PDE Toolbox alkalmazásával.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Tantermi előadás és számítógépes laboratóriumi gyakorlat.
10. Követelmények a. A szorgalmi időszakban: részvétel a foglalkozások legalább 70%-án. Az önállóan kidolgozandó feladat mezőszámítási modelljének bemutatása, szóbeli beszámoló keretében (11.-14.hét)
b. A vizsgaidőszakban: az önállóan kidolgozandó mezőszimulációs feladat elkészítése, és a megoldás prezentálása.
Elővizsga: nincs.

11. Pótlási lehetőségek A beszámoló különeljárási díj ellenében a pótlási héten pótolható.
12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján, a vizsgaidőszakban az oktatóval egyeztetett időpontban lehet konzultálni. A fogadóóra időpontja a tanszéki hirdetőtáblán vagy a tanszék honlapján megtalálható.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom - Sebestyén I.: Számítógépes mezőszimuláció. Elektronikus jegyzet, BME-SZHVT, 2004. http://www.evt.bme.hu/education/fem/elmelet/
- Zombory L., Koltai M.: Elektromágneses terek gépi analízise, Műszaki Könyvkiadó,
Budapest, 1979.
- Vágó I.: Villamosságtan II. Elektromágneses terek, Tankönyvkiadó, Budapest, 1988.
- Silvester P.P., Ferrari R.L.: Finite elements for electrical engineers, Cambridge University Press, 1983.
- Ida N., Bastos J.P.A.: Electromagnetics and Calculation of Fields. Springer, New York, 1992.
- Partial Differential Equation Toolbox, Users Guide. The Mathworks Inc.
- FEMLAB Electromagnetics Module, Users and Reference Guide, Comsol AB. 2002.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra14
Felkészülés zárthelyire0
Házi feladat elkészítése10
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés40
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Gyimóthy Szabolcs

egyetemi docens

Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan tanszék