Implementação computacional do cálculo de perdas por histerese corrigido pelo acoplamento magnetomecânico

Abstract

O trabalho tem como objetivo continuar uma linha de pesquisa estabelecida no laboratório GRUCAD acerca do acoplamento magnetomecânico na análise de dispositivos eletromagnéticos. A partir de dados experimentais obtidos em pesquisas anteriores, uma modelagem de funções contínuas que descrevem o comportamento dos parâmetros de um modelo de perdas por histerese de acordo com os esforços mecânicos é proposta, com a obtenção das constantes apropriadas. Uma simulação mecânica de um dispositivo de estudo é elaborada e realizada através de um \textit{software} multi-físico que faz uso do método de elementos finitos, o GetDP, de modo a obter as distribuições de estresses radiais e tangenciais ao longo do equipamento. Uma implementação computacional do acoplamento magnetomecânico é proposta e adicionada ao programa de simulação eletromagnética de referência do GRUCAD, o EFCAD, fazendo uso das funções modeladas e dos resultados de simulações mecânicas para efetuar uma correção no cálculo das perdas por histerese, de acordo com uma distribuição de estresses equivalentes obtida. A implementação é validada através de simulações magnéticas distintas que contém características particulares, como efeitos de não-linearidade e presença de harmônicos na forma de onda da excitação do dispositivo. Uma discussão dos resultados numéricos e gráficos obtidos e do desempenho da implementação proposta é realizada. Um conjunto de resultados adicionais de simulações é apresentado posteriormente no Apêndice do trabalho.

Abstract: This work aims to provide a continuation to the research line established at the GRUCAD group regarding the magnetomechanical coupling in analysis of electromagnetic devices. From experimental data obtained in previous researches, a continuous functions modelling is performed, in order to describe the behavior of parameters in hysteresis losses models face the mechanical stresses, obtaining the appropriate constants. A mechanical simulation considering a study device is proposed and performed using a multi-physics software based on the finite element method, GetDP, in order to obtain the radial and tangential stresses distributions throughout the equipment. A computational implementation of the magnetomechanical coupling is proposed and added to GRUCAD's reference electromagnetic simulation program, EFCAD, making use of the modeled functions and the mechanical simulations results to adjust the computation of hysteresis losses, according to an obtained equivalent stresses distribution. The implementation is validated through different magnetic simulations that contain specific characteristics, such as nonlinearity effects and the presence of harmonic components in the excitation waveform of the device. A discussion of the obtained numerical and graphical results and the performance of the proposed implementation is elaborated. A set of additional simulation results is presented in the Appendix of the work.