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Simulation elektrische Leitfähigkeit
mit VGSTUDIO MAX
Simulieren Sie die elektrische Leitfähigkeit direkt auf CT-Scans unterschiedlicher Werkstoffe mit dem Modul Transportphänomene-Simulation für VGSTUDIO MAX.
Simulation der elektrischen Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit misst die Fähigkeit eines Werkstoffs, eine elektrische Ladung zu transportieren.
Das Modul Transportphänomene-Simulation für VGSTUDIO MAX
- simuliert die stationären elektrischen Potenzial- und Strömungsfelder in einem Zweikomponentenwerkstoff, wobei jeder Werkstoff eine andere elektrische Leitfähigkeit besitzt – mit der Randbedingung, dass Einlass und Auslass jeweils an ein anderes konstantes elektrisches Potenzial angeschlossen sind;
- arbeitet direkt auf den Voxeldaten und verwendet die subvoxelgenaue, lokal adaptive Oberflächenbestimmung in VGSTUDIO MAX;
- verfügt über einen „Experimentmodus“ zur Durchführung eines virtuellen Experiments zum Transport von elektrischer Ladung sowie über einen „Tensormodus“ zur Berechnung des Tensors der elektrischen Leitfähigkeit.
Die Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit basiert auf den folgenden Differenzialgleichungen für die stationäre Spannung und die Stromdichte in einem Zweikomponentenwerkstoff:
wobei Ω der gesamte Simulationsbereich und Ωₐ der Komponentenbereich a (mit a = 1, 2) ist. Es wird angenommen, dass sich Ω₁ und Ω₂ nicht überlappen und ihre Vereinigungsmenge gleich Ω ist. U ist das elektrische Potenzial (in Volt), J die Stromdichte, σₐ die Leitfähigkeit der Komponente a, Δ der Laplace-Operator und grad der Gradient-Operator.
Experimentmodus
Im Experimentmodus führt die Software ein virtuelles Experiment auf den CT-Daten einer Struktur durch. Verwenden Sie den Experimentmodus, um den Transport elektrischer Ladung durch die Struktur von einer Einlassebene zur einer parallel dazu verlaufenden Auslassebene zu simulieren. Als Randbedingungen können die Optionen „versiegelt“ oder „eingebettet“ senkrecht zur Einlass- und Auslassebene ausgewählt werden. Als treibende Kraft für den Fluss dient eine Spannungsdifferenz.
Berechnungsergebnisse
Die Ergebnisse werden als Visualisierung des Stromdichtefelds und des elektrischen Potenzials in 2D und in 3D dargestellt. Die elektrische Stromrichtung kann über Stromlinien in 2D und 3D visualisiert werden:
- Stromdichte
- elektrisches Potenzial
- Stromlinien
Weitere Ergebnisse
Zusätzlich werden folgende Ergebnisse tabellarisch aufgelistet:
- effektive elektrische Leitfähigkeit
- diffusive Tortuosität (geometrisch und algebraisch)
- Formationsfaktor
- Hohlraumanteil
- Gesamtstrom
- elektrische Feldstärke
Die folgenden Ergebnisse werden als Kurvendiagramme in Fließrichtung dargestellt:
- Stromdichte
- Hohlraumanteil
- Gesamtstrom
Tensormodus
Im Tensormodus berechnet die Software die intrinsische effektive tensorwertige elektrische Leitfähigkeit. Die Berechnung des Tensors der elektrischen Leitfähigkeit kann auf der gesamten Struktur erfolgen oder – anhand eines Integrationsnetzes – auf der gerasterten Struktur.
Ergebnisse
Die Software stellt die Ergebnisse der Berechnung des Tensors der elektrischen Leitfähigkeit als Visualisierung in 2D und in 3D dar.
- Die Ergebnisse werden als Ellipsoid im Zentrum des simulierten Volumens dargestellt.
- Wenn die Analyse auf einem Integrationsnetz durchgeführt wurde, erfolgt die Darstellung der Ergebnisse als Ellipsoid im Zentrum jeder Zelle.
- Die Hauptachsen des Ellipsoids sind an den Eigenvektoren des Tensors ausgerichtet, während die Länge der Achsen proportional zu den Eigenwerten des Tensors ist.
- Wenn die Analyse auf einem Integrationsnetz durchgeführt wird, können außerdem die mittlere effektive elektrische Leitfähigkeit und der Hohlraumanteil sowie die Eigenwerte der elektrischen Leitfähigkeit in 2D und in 3D dargestellt werden.
Zusätzlich zu den Eigenwerten und Eigenvektoren des Tensors werden die Tensorkomponenten der effektiven elektrischen Leitfähighkeit in Bezug auf das Simulationskoordinatensystem in einer Tabelle aufgelistet.
Vorteile
Benutzerfreundlich
- Keine Simulationserfahrung erforderlich
- Keine Vernetzung erforderlich
Effizient
- Nahtlose Arbeitsabläufe in einer einzigen Software – von der Materialsegmentierung bis zur Simulation
Wirklichkeitsgetreu
- Alle mikrostrukturellen Details werden durch die subvoxelgenaue Oberflächenbestimmung erfasst