Numerische Modellierung magnetostriktiver Wandlerwerkstoffe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsprojekts wurden wesentliche neue Erkenntnisse bei der Entwicklung von Berechnungsverfahren für magnetostriktive Wandlerwerkstoffe gewonnen. Insbesondere konnte durch dieses Projekt erstmalig Kompetenz auf dem Gebiet der magnetischen Feldberechnung und der Modellierung magnetostriktiver Materialien aufgebaut werden. Im Bereich der Finite Elemente Entwicklung wurden Erfahrungen mit der ANSYS User-defined element API gesammelt, welche für die zukünftige Entwicklung eigener Finiter Elemente und anderer numerischer Routinen sehr nutzbringend sind. Außerdem führte das Programmieren eigener ANSYS-USER-Routinen zu einem besseren Verständnis der Programmabläufe in diesem FEM-Softwarepaket, was auch für die tägliche Arbeit mit dem Programm nicht zu unterschätzende Vorteile bietet. Darüber hinaus konnte durch die Ableitung der Finite Elemente Formulierung das Verständnis der Methoden der Finiten Elemente verbessert werden, so dass zukünftig die Analyse komplexer Mehrfeldprobleme zur Simulation und Auslegung aktiver Systeme auf einem entsprechenden Niveau durchgeführt werden kann. Die Entwicklung und Konstruktion elektromechanischer Systeme mit magnetostriktiven Wandlern ist ein Themenbereich, der neu am Fachgebiet ist. Das hier entwickelte Testsystem erlaubt es, einen Einblick in die Konstruktions- und Auslegungsmethoden dieser Fachrichtung zu erhalten. Durch die Berechnung und externe Herstellung der Steuerspulen wurden Erkenntnisse gewonnen, die bei der zukünftigen Auslegung aktiver Syteme mit magnetorheologischen Flüssigkeiten gut nutzbar sind. Die mechanische und magnetische Auslegung des Rahmens stellte eine neue Herausforderung für die Arbeitsgruppe dar. Insbesondere die Beschaffung geeigneter B-H-Kurven für die Simulation ist eine schwierige Aufgabe. Diese Erkenntnis sollte bei nachfolgenden Projekten unbedingt berücksichtigt werden. Zusammenfassend ist festzustellen, das trotz der erreichten Ergebnisse noch erheblicher Forschungsbedarf besteht, bis magnetostriktive Wandler technische etabliert sind. Insbesondere die Bestimmung geeigneter Materialparameter stellt nach wie vor eine nicht zu unterschätzende Herausforderung dar. Daher sollten zukünftige Forschungsvorhaben am Fachgebiet im Besonderen dieser Problematik mehr Beachtung widmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Simulation von Magnetostriktiven Wandlern mit Finiten Elementen, ANSYS Conference & 27. CADFEM Users’ Meeting, 2009
Kurch, M.; Herold, S.
- On Finite Element Simulation of Magnetostrictive Actuators, 12th International Conference on New Actuators, 2010
Kurch, M.; Herold, S.
