|
Jeżeli pobieranie tego torrenta się zatrzyma to trzeba zamknąć i uruchomić ponownie program pobierający. Należy zamknąć go też w zasobniku systemowym (to koło zegara).
..::(Info)::..
Tytuł: Układy planarne o strukturze periodycznej
Rok: 2021
Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej
Format: pdf
..::(Opis)::..
Rys. 1. Fragment przewodzącej struktury roboczej periodycznych komórek Ωe na izolacyjnym podłożu ΩB, budujących wspólnie niejednorodny materiał laminarny ΩM
Rys. 2. Przykład budowy kompozytu: a) przekrój przez strukturę hybrydową zbudowaną z polifluorku winylidenu (PVDF) i cząstek węglowo-krzemowych (CS) tworzących lokalny mikrokondensator [57]; b) absorbująca falę EM struktura tekstylna pokryta warstwą stopu
Rys. 3. Podział warstw kompozytu: materiał wypełniający między warstwami o dyspersyjnych właściwościach EM oraz warstwy robocze przedstawione w postaci pomijalnie cienkich taśm [77]
Rys. 4. Przykłady siatek obliczeniowych: a) komórka Yee modelująca fragmentu obszaru 3D w metodzie FDFD [77]; b) stosowana w MES tetrahedralna siatka 3D odwzorowująca kompozyt warstwowy
Rys. 5. Harmoniczna fala EM (Si) padająca na materiał kompozytowy oraz powstałe w wyniku obecności materiału fale odbite (Sr) i przepuszczone (St): a) struktura niejednorodna – kompozyt warstwowy; b) struktura jednorodna – materiał homogeniczny
Rys. 6. Odwzorowanie fragmentu kompozytu włóknowego modelem numerycznym [133]: a) rzeczywista struktura włókien; b) reprezentacja struktury włókien metodą losowego wzrostu
Rys. 7. Rozkład temperatury w [K]: a) układ jednorodny bez obiektu – przepływ niezaburzony; b) układ z obiektem i metamateriałem – zaburzenie pola tylko w obrębie obszarów wtrąconych do układu [19]
Rys. 8. Układy współrzędnych: a) arbitralny – obiekt i płaszcz w kartezjańskim układzie współrzędnych xy z niejednorodnym rozkładem anizotropowego wsp. materiałowego w obrębie płaszcza; b) fizyczny – otoczenie i płaszcz stanowią krzywoliniowy, wirtualny u
Rys. 9. Płaszcz prądu stałego [45]: a) ideowy model obwodowy z wyróżnieniem elementarnych rezystancji maskujących ΔR(x,y); b) realizacja fizyczna otoczenia i płaszcza w postaci sieci rezystorów
Rys. 10. Rozkład potencjału elektrycznego: a) układ bez obiektu – pole niezaburzone; b) układ z obiektem – pole zaburzone obecnością innej niż otoczenie przewodności elektrycznej; c) układ z obiektem otoczonym płaszczem – pole zaburzone wyłącznie w obszar
Rys. 11. Rozkład potencjału w badanym układzie: a) układ bez czujnika pomiarowego; b) układ z nieprzewodzącym czujnikiem – pole zaburzone, koncentracja pola na powierzchni pomiarowej czujnika; c) czujnik maskowany MMS – pole niezaburzone na powierzchni ot
Rys. 12. Koncentracja pola elektrycznego: a) skupienie linii pola w centralnym obszarze – wzrost składowej Ex natężenia pola w centrum wynika z dużej różnicy potencjału na krótkim odcinku koncentracji; b) gęstość prądu elektrycznego – gęstość prądu kilkuk
Rys. 13. Rotacja pola elektrycznego: a) obrót gradientu pola o α = 180° w centrum; b) znormalizowane wektory gęstości prądu elektrycznego – widoczny przeciwny zwrot prądu w centralnym obszarze
Rys. 14. Konstrukcja płaszcza MMS: a) niehomogeniczny płaszcz; b) fragment materiału płaszcza – fizyczna realizacja poprzez stopniowe zmniejszanie rozmiarów i anizotropii kształtu cząsteczek
Rys. 15. Fizyczna realizacja płaszcza z MMS dla pól termicznych – matryca wykonana z czystej miedzi, wypełnienia zrobiono z dimetykonu (PDMS) [102]
Rys. 16. Struktura wielowarstwowa: a) budowa płaszcza z wielowarstwowego MMS [35]; b) fizyczny układ płaszcza termicznego zbudowanego z warstw stopu tytanu, aluminium, miedzi, kaptonu [61]
Rys. 17. Układ z przesuwnikami termicznymi: a) aranżacja przesuwników tworzących inwerter pola termicznego [91]; b) obliczony rozkład pola temperatury układu inwertera [91]; c) przykłady przesuwników wytworzonych z miedzi (materiał A) i żywicy epoksydowej
Rys. 18. Przykłady materiału sensu-kształtnego: a) ideowa budowa koncentratora pola elektrycznego [53]; b) zmierzony rozkład pola temperatury na powierzchni równomiernie nagrzewającej [36]
Rys. 19. Budowa materiału niejednorodnego: a) elastyczny układ ΩM zbudowany z periodycznie rozmieszczonych komórek Ωe, tworzących przewodzącą warstwę ΩR na izolacyjnym podłożu nośnym ΩB; b) widok komórek budujących Ωe – planarne elementy wpisane są w pros
Rys. 20. Przykłady komórek typu Ωe,g: a) i b) wersje izotropowe; c) wersja anizotropowa
Rys. 21. Przykłady komórek typu Ωe,p: a) ogólny opis z zaznaczonymi parametrami; b) wariant izotropowy; c) wariant anizotropowy
Rys. 22. Przykłady komórek typu Ωe,mod# z dobieraną liczbą regulowanych parametrów: a) wersja podstawowa Ωe,mod0; b) wersja Ωe,mod1; c) wersja Ωe,mod2; d) wersja Ωe,mod3; e) wersja Ωe,mod5
Rys. 23. Przykłady komórek typu Ωe,k: a) opis ogólny; b), c) warianty budowy
Rys. 24. Przykłady komórek typu Ωe,f: a) ogólny opis; b), c) warianty budowy
Rys. 25. Przykłady komórek typu Ωe,Z: a) ogólny opis geometrii; b) przepływ prądu elektrycznego Ix przy wymuszeniu na zaciskach poziomych; c) przepływ prądu elektrycznego Iy przy wymuszeniu na zaciskach pionowych
Rys. 26. Dyskretyzacja obszaru modelu: a) fragment jednorodnej siatki różnicowej; b) przykład analizowanego obszaru z zaznaczonymi warunkami brzegowymi
Rys. 27. Model materiału jednorodnego: a) widok 3D – materiał homogeniczny (σeff, μeff) oraz otoczenie (σ0, μ0); b) model 2D – utworzony na podstawie przekroju poprzecznego materiału i fragmentu otoczenia
Rys. 28. Schemat algorytmu różnicowego do obliczenia stałego pola elektrycznego w strukturach niejednorodnych (materiałach niejednorodnych)
Rys. 29. Schemat algorytmu różnicowego do obliczenia pola harmonicznego struktur jednorodnych
Rys. 30. Schemat numerycznego algorytmu całkowego do obliczenia stacjonarnego pola magnetycznego
Rys. 31. Widok na przekrój podłużny analizowanych elementów: a) typ Ωe,p nr 1; b) typ Ωe,p nr 2; c) typ Ωe,p nr 3; d) typ Ωe,Z nr 1; e) typ Ωe,Z nr 2; f) typ Ωe,Z nr 3
Rys. 32. Rozkład Jw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,p: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 33. Rozkład Jw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,Z: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 34. Rozkład względnej gęstości prądu wzdłuż prostych x = 0 w przekroju komórek typu Ωe,p
Rys. 35. Rozkład Bw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,p: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 36. Rozkład Bw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,Z: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 37. Rozkład względnej indukcji magnetycznej wzdłuż prostych x = 0 w przekroju komórek typu Ωe,Z
Rys. 38. Przykładowe komórki poddawane obliczeniom: a) komórka jako elementarny rezystor w obwodzie elektrycznym; b) przykłady lokalizacji fragmentów ścieżek o zmiennym przekroju w obrębie struktury; c) przykład lokalizacji o zniekształconej drodze prądu
Rys. 39. Układ obliczeniowy do wyznaczania współczynnika sprzężenia magnetycznego: a) połączenie elementów w modelu polowym; b) zastępczy schemat elektryczny ze sprzężeniem magnetycznym między sąsiednimi komórkami; c) zastępczy schemat elektryczny po likw
Rys. 40. Widok na testowane komórki: a) ÷ d) – typ Ωe,f; e) ÷ h) – typ Ωe,mod1; i) ÷ l) – typ Ωe,mod5
Rys. 41. Zastępcze rezystancje Re elementów obliczone za pomocą MES i MR-C
Rys. 42. Zastępcze indukcyjności własne Le elementów obliczone za pomocą MES i MR-C
Rys. 43. Współczynnik sprzężenia magnetycznego k obliczony za pomocą MES i MR-C
Rys. 44. Modele obwodowe komórki: a) geometria komórki z zaznaczeniem zacisków; b) schemat zastępczy dwuzaciskowy dla pary skrajnych zacisków – parametry wyznaczane w oparciu o MR-C; c) schemat czterozaciskowy – odwzorowanie komórki w postaci połączonych,
Rys. 45. Model SISO reprezentujący ideę separacji czynników wpływających na właściwości komórki: a) obiekt o jednym wejściu i wyjściu oraz transmitancji T; b) model blokowy z łańcuchową separacją czynników liniowych i nieliniowych modyfikowanych w procesi
Rys. 46. Widok na przykładowe komórki: a) ÷ f) ze zbioru treningowego; g) ÷ l) ze zbioru walidacyjnego
Rys. 47. Indukcyjność własna komórek ze zbioru treningowego, obliczona na podstawie modelu polowego (MR-C) oraz aproksymacji analitycznej (AA)
Rys. 48. Indukcyjność własna komórek ze zbioru walidacyjnego, obliczona na podstawie modelu polowego (MR-C) oraz aproksymacji analitycznej (AA)
Rys. 49. Odwzorowanie obwodowe materiału niejednorodnego do obliczeń zjawisk elektrycznych z zaznaczeniem wybranych zacisków zasilających U i G: a) struktura przykładowego prostokątnego układu; b) jego model sieciowy
Rys. 50. Homogenizacja materiału niejednorodnego: a) anizotropowa komórka Ωe o rozmiarze de,x×de,y×de,z zbudowana z przewodnika i izolatora o przewodnościach σA i σB; b) ekwiwalentny materiał jednorodny o identycznych wymiarach oraz właściwościach opisany
Rys. 51. Charakterystyki amplitudowe struktur typu Ωe,f: a) wariant a (tabela 6, rys. 40a); b) wariant b (tabela 6, rys. 40b)
Rys. 52. Charakterystyki amplitudowe struktur typu Ωe,mod1: a) wariant f (tabela 6, rys. 40f); b) wariant g (tabela 6, rys. 40g)
Rys. 53. Charakterystyki amplitudowe struktur typu Ωe,mod5: a) wariant k (tabela 6, rys. 40k); b) wariant l (tabela 6, rys. 40l)
Rys. 54. Funkcja celu F(x1, x2) zmiennych x1 i x2 – minimum globalne poszukiwane w wyniku iteracyjnego przemieszczania cząstek w przestrzeni zmiennych zgodnie z określonym schematem [65]
Rys. 55. Realizacja filtru dolnoprzepustowego: a) obwód pobudzony harmonicznym napięciem Us z filtrem Yz i odbiornikiem Zo; b) ideowy schemat do wyznaczania właściwości komórek tworzących filtr
Rys. 56. Wybrane, wyznaczone geometrie komórek o częstotliwości odcięcia wynoszącej odpowiednio: a)÷c) 60 kHz; d)÷f) 90 kHz; g)÷i) 110 kHz
Rys. 57. Charakterystyki amplitudowe idealne i otrzymane dla poszczególnych typów komórek przy zadanych częstotliwościach odcięcia: a) fc,z = 60 kHz; b) fc,z = 90 kHz; c) fc,z = 110 kHz; d) fc,z = 150 kHz
Rys. 58. Rozkład potencjału elektrycznego: a) układ bez obiektu; b) układ z obiektem o promieniu ra – zaburzenie pola w bliskim (płaszcz o promieniu rp) i dalszym (poza rp) obszarze układu
Rys. 59. Komórka tworząca płaszcz: a) fragment przykładowego układu z zaznaczeniem układów współrzędnych; b) komórka typu Ωe,k i jej parametry geometryczne
Rys. 60. Parametry i geometria komórek tworzących: a) płaszcz 1; b) płaszcz 2; c) płaszcz 3
Rys. 61. Izolinie i rozkład potencjału: a) płaszcz homogeniczny – materiał opisany tensorem (108); b) płaszcz 1; c) płaszcz 2; d) płaszcz 3
Rys. 62. Rozkład potencjału elektrycznego wzdłuż przekroju A–A’: a) układ bazowy oraz z obiektem i płaszczem homogenicznym; b) układ z płaszczami 1, 2 i 3
Rys. 63. Widok wytworzonych próbek: a) typ Ωe,g; b) typ Ωe,f; c) typ Ωe,Z (polaryzacja x); d) typ Ωe,Z (polaryzacja y); e) typ Ωe,k (polaryzacja x); f) typ Ωe,k (polaryzacja y)
Rys. 64. Geometrie badanych komórek: a) typ Ωe,g; b) typ Ωe,f; c) typ Ωe,Z; d) typ Ωe,k
Rys. 65. Model elektryczny próbek materiałowych: a) reprezentacja komórek w postaci schematu czterozaciskowego; b) uproszczony model dwuzaciskowy; c) schemat ideowy układu pomiarowego
Rys. 66. Widok na stanowisko do pomiaru impedancji zastępczej próbek materiałowych
Rys. 67. Podstawka pomiarowa: a) widok z przodu; b) widok z boku; c) widok z góry na układ z próbką
Rys. 68. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,g: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 69. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,f: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 70. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,Z: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 71. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,k: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 72. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,g: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 73. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,f: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 74. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,Z: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 75. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,k: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 76. Moduły różnic względnych i błąd pomiaru komórek izotropowych: a) Ωe,g; b) Ωe,f
Rys. 77. Moduły różnic względnych i błąd pomiaru geometrii Ωe,Z: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 78. Moduły różnic względnych i błąd pomiaru geometrii Ωe,k: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Wykaz najważniejszych oznaczeń
Wstęp
Rozdział 1 Materiały kompozytowe w elektrotechnice
Wprowadzenie
1.1. Kompozyty elektromagnetyczne
1.1.1. Podział i zastosowanie kompozytów
1.1.2. Metody analizy kompozytów elektromagnetycznych
1.1.3. Homogenizacja właściwości elektrycznych i magnetycznych
1.2. Metamateriały pola skalarnego
1.2.1. Metody analizy
1.2.2. Układy z metamateriałami pola skalarnego
1.2.3. Realizacje materiałowe
Podsumowanie
Rozdział 2 Układy planarne z warstwą niejednorodną
Wprowadzenie
2.1. Budowa materiału niejednorodnego z warstwą periodyczną
2.2. Komórki tworzące materiał niejednorodny
Podsumowanie
Rozdział 3 Model matematyczny
Wprowadzenie
3.1. Model matematyczny stacjonarnego pola elektrycznego
3.1.1. Różniczkowe sformułowanie zagadnienia
3.1.2. Różnicowe sformułowanie zagadnienia
3.1.3. Opis warunków brzegowych
3.2. Model matematyczny stacjonarnego pola magnetycznego
3.2.1. Całkowe sformułowanie zagadnienia
3.2.2. Numeryczne sformułowanie zagadnienia
3.3. Sformułowanie częstotliwościowe pola magnetycznego
3.3.1. Różniczkowe sformułowanie zagadnienia
3.3.2. Różnicowe sformułowanie zagadnienia
3.3.3. Opis warunków brzegowych
3.4. Schematy algorytmów obliczeniowych
3.5. Ewaluacja metody różnicowo-całkowej
Wprowadzenie
3.5.1. Dyskusja wyników
Podsumowanie
Rozdział 4 Analiza układów dużej skali
Wprowadzenie
4.1. Parametry zastępcze komórek
4.1.1. Rezystancja zastępcza
4.1.2. Indukcyjność zastępcza
4.1.3. Współczynnik sprzężenia magnetycznego
4.2. Ewaluacja MR-C w identyfikacji parametrów zastępczych
Wprowadzenie
4.2.1. Dyskusja wyników
4.3. Model obwodowy i analityczny komórki
4.3.1. Model obwodowy komórki
4.3.2. Aproksymacja analityczna parametrów skupionych
4.3.3. Ewaluacja aproksymacji analitycznej parametrów skupionych
4.4. Model sieciowy układu dużej skali
4.4.1. Model obwodowy materiału niejednorodnego
4.4.2. Analiza sieci periodycznej
4.5. Homogenizacja właściwości materiałów niejednorodnych
4.5.1. Ujednorodnienie właściwości elektrycznych
4.5.2. Ujednorodnienie właściwości magnetycznych
4.6. Ewaluacja modelu obwodowego i homogenicznego
Wprowadzenie
4.6.1. Dyskusja wyników
Podsumowanie
Rozdział 5 Dobór właściwości materiałów niejednorodnych
Wprowadzenie
5.1. Synteza materiału z użyciem PSO
5.1.1. Opis algorytmu optymalizacyjnego
5.1.2. Synteza materiału niejednorodnego z użyciem PSO
5.2. Dobór właściwości materiałów izotropowych
Wprowadzenie
5.2.1. Synteza struktury o pożądanych właściwościach filtrujących
5.2.2. Dyskusja wyników
5.3. Dobór właściwości materiałów anizotropowych
Wprowadzenie
5.3.1. Synteza płaszcza elektrycznego
5.3.2. Dyskusja wyników
Podsumowanie
Rozdział 6 Weryfikacja eksperymentalna
Wprowadzenie
6.1. Metodyka badań
6.1.1. Analizowane struktury
6.1.2. Model obliczeniowy
6.1.3. Stanowisko pomiarowe
6.1.4. Procedura pomiaru
6.1.5. Dokładność pomiaru
6.2. Analiza właściwości elektrycznych
6.2.1. Rezystancja zastępcza materiału izotropowego
6.2.2. Rezystancja zastępcza materiału anizotropowego
6.3. Analiza właściwości magnetycznych
6.3.1. Indukcyjność zastępcza materiału izotropowego
6.3.2. Indukcyjność zastępcza materiału anizotropowego
6.4. Analiza błędu obliczeń i pomiaru
6.4.1. Struktury izotropowe
6.4.2. Struktury anizotropowe
Podsumowanie
Podsumowanie
Wykaz literatury
UkładyPoSP_POP.pdf
Rys. 1. Fragment przewodzącej struktury roboczej periodycznych komórek Ωe na izolacyjnym podłożu ΩB, budujących wspólnie niejednorodny materiał laminarny ΩM
Rys. 2. Przykład budowy kompozytu: a) przekrój przez strukturę hybrydową zbudowaną z polifluorku winylidenu (PVDF) i cząstek węglowo-krzemowych (CS) tworzących lokalny mikrokondensator [57]; b) absorbująca falę EM struktura tekstylna pokryta warstwą stopu
Rys. 3. Podział warstw kompozytu: materiał wypełniający między warstwami o dyspersyjnych właściwościach EM oraz warstwy robocze przedstawione w postaci pomijalnie cienkich taśm [77]
Rys. 4. Przykłady siatek obliczeniowych: a) komórka Yee modelująca fragmentu obszaru 3D w metodzie FDFD [77]; b) stosowana w MES tetrahedralna siatka 3D odwzorowująca kompozyt warstwowy
Rys. 5. Harmoniczna fala EM (Si) padająca na materiał kompozytowy oraz powstałe w wyniku obecności materiału fale odbite (Sr) i przepuszczone (St): a) struktura niejednorodna – kompozyt warstwowy; b) struktura jednorodna – materiał homogeniczny
Rys. 6. Odwzorowanie fragmentu kompozytu włóknowego modelem numerycznym [133]: a) rzeczywista struktura włókien; b) reprezentacja struktury włókien metodą losowego wzrostu
Rys. 7. Rozkład temperatury w [K]: a) układ jednorodny bez obiektu – przepływ niezaburzony; b) układ z obiektem i metamateriałem – zaburzenie pola tylko w obrębie obszarów wtrąconych do układu [19]
Rys. 8. Układy współrzędnych: a) arbitralny – obiekt i płaszcz w kartezjańskim układzie współrzędnych xy z niejednorodnym rozkładem anizotropowego wsp. materiałowego w obrębie płaszcza; b) fizyczny – otoczenie i płaszcz stanowią krzywoliniowy, wirtualny u
Rys. 9. Płaszcz prądu stałego [45]: a) ideowy model obwodowy z wyróżnieniem elementarnych rezystancji maskujących ΔR(x,y); b) realizacja fizyczna otoczenia i płaszcza w postaci sieci rezystorów
Rys. 10. Rozkład potencjału elektrycznego: a) układ bez obiektu – pole niezaburzone; b) układ z obiektem – pole zaburzone obecnością innej niż otoczenie przewodności elektrycznej; c) układ z obiektem otoczonym płaszczem – pole zaburzone wyłącznie w obszar
Rys. 11. Rozkład potencjału w badanym układzie: a) układ bez czujnika pomiarowego; b) układ z nieprzewodzącym czujnikiem – pole zaburzone, koncentracja pola na powierzchni pomiarowej czujnika; c) czujnik maskowany MMS – pole niezaburzone na powierzchni ot
Rys. 12. Koncentracja pola elektrycznego: a) skupienie linii pola w centralnym obszarze – wzrost składowej Ex natężenia pola w centrum wynika z dużej różnicy potencjału na krótkim odcinku koncentracji; b) gęstość prądu elektrycznego – gęstość prądu kilkuk
Rys. 13. Rotacja pola elektrycznego: a) obrót gradientu pola o α = 180° w centrum; b) znormalizowane wektory gęstości prądu elektrycznego – widoczny przeciwny zwrot prądu w centralnym obszarze
Rys. 14. Konstrukcja płaszcza MMS: a) niehomogeniczny płaszcz; b) fragment materiału płaszcza – fizyczna realizacja poprzez stopniowe zmniejszanie rozmiarów i anizotropii kształtu cząsteczek
Rys. 15. Fizyczna realizacja płaszcza z MMS dla pól termicznych – matryca wykonana z czystej miedzi, wypełnienia zrobiono z dimetykonu (PDMS) [102]
Rys. 16. Struktura wielowarstwowa: a) budowa płaszcza z wielowarstwowego MMS [35]; b) fizyczny układ płaszcza termicznego zbudowanego z warstw stopu tytanu, aluminium, miedzi, kaptonu [61]
Rys. 17. Układ z przesuwnikami termicznymi: a) aranżacja przesuwników tworzących inwerter pola termicznego [91]; b) obliczony rozkład pola temperatury układu inwertera [91]; c) przykłady przesuwników wytworzonych z miedzi (materiał A) i żywicy epoksydowej
Rys. 18. Przykłady materiału sensu-kształtnego: a) ideowa budowa koncentratora pola elektrycznego [53]; b) zmierzony rozkład pola temperatury na powierzchni równomiernie nagrzewającej [36]
Rys. 19. Budowa materiału niejednorodnego: a) elastyczny układ ΩM zbudowany z periodycznie rozmieszczonych komórek Ωe, tworzących przewodzącą warstwę ΩR na izolacyjnym podłożu nośnym ΩB; b) widok komórek budujących Ωe – planarne elementy wpisane są w pros
Rys. 20. Przykłady komórek typu Ωe,g: a) i b) wersje izotropowe; c) wersja anizotropowa
Rys. 21. Przykłady komórek typu Ωe,p: a) ogólny opis z zaznaczonymi parametrami; b) wariant izotropowy; c) wariant anizotropowy
Rys. 22. Przykłady komórek typu Ωe,mod# z dobieraną liczbą regulowanych parametrów: a) wersja podstawowa Ωe,mod0; b) wersja Ωe,mod1; c) wersja Ωe,mod2; d) wersja Ωe,mod3; e) wersja Ωe,mod5
Rys. 23. Przykłady komórek typu Ωe,k: a) opis ogólny; b), c) warianty budowy
Rys. 24. Przykłady komórek typu Ωe,f: a) ogólny opis; b), c) warianty budowy
Rys. 25. Przykłady komórek typu Ωe,Z: a) ogólny opis geometrii; b) przepływ prądu elektrycznego Ix przy wymuszeniu na zaciskach poziomych; c) przepływ prądu elektrycznego Iy przy wymuszeniu na zaciskach pionowych
Rys. 26. Dyskretyzacja obszaru modelu: a) fragment jednorodnej siatki różnicowej; b) przykład analizowanego obszaru z zaznaczonymi warunkami brzegowymi
Rys. 27. Model materiału jednorodnego: a) widok 3D – materiał homogeniczny (σeff, μeff) oraz otoczenie (σ0, μ0); b) model 2D – utworzony na podstawie przekroju poprzecznego materiału i fragmentu otoczenia
Rys. 28. Schemat algorytmu różnicowego do obliczenia stałego pola elektrycznego w strukturach niejednorodnych (materiałach niejednorodnych)
Rys. 29. Schemat algorytmu różnicowego do obliczenia pola harmonicznego struktur jednorodnych
Rys. 30. Schemat numerycznego algorytmu całkowego do obliczenia stacjonarnego pola magnetycznego
Rys. 31. Widok na przekrój podłużny analizowanych elementów: a) typ Ωe,p nr 1; b) typ Ωe,p nr 2; c) typ Ωe,p nr 3; d) typ Ωe,Z nr 1; e) typ Ωe,Z nr 2; f) typ Ωe,Z nr 3
Rys. 32. Rozkład Jw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,p: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 33. Rozkład Jw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,Z: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 34. Rozkład względnej gęstości prądu wzdłuż prostych x = 0 w przekroju komórek typu Ωe,p
Rys. 35. Rozkład Bw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,p: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 36. Rozkład Bw w przekroju podłużnym komórki typu Ωe,Z: a), b) i c) rezultaty uzyskane za pomocą MR-C (2D); d), e) i f) rezultaty uzyskane za pomocą MES (3D)
Rys. 37. Rozkład względnej indukcji magnetycznej wzdłuż prostych x = 0 w przekroju komórek typu Ωe,Z
Rys. 38. Przykładowe komórki poddawane obliczeniom: a) komórka jako elementarny rezystor w obwodzie elektrycznym; b) przykłady lokalizacji fragmentów ścieżek o zmiennym przekroju w obrębie struktury; c) przykład lokalizacji o zniekształconej drodze prądu
Rys. 39. Układ obliczeniowy do wyznaczania współczynnika sprzężenia magnetycznego: a) połączenie elementów w modelu polowym; b) zastępczy schemat elektryczny ze sprzężeniem magnetycznym między sąsiednimi komórkami; c) zastępczy schemat elektryczny po likw
Rys. 40. Widok na testowane komórki: a) ÷ d) – typ Ωe,f; e) ÷ h) – typ Ωe,mod1; i) ÷ l) – typ Ωe,mod5
Rys. 41. Zastępcze rezystancje Re elementów obliczone za pomocą MES i MR-C
Rys. 42. Zastępcze indukcyjności własne Le elementów obliczone za pomocą MES i MR-C
Rys. 43. Współczynnik sprzężenia magnetycznego k obliczony za pomocą MES i MR-C
Rys. 44. Modele obwodowe komórki: a) geometria komórki z zaznaczeniem zacisków; b) schemat zastępczy dwuzaciskowy dla pary skrajnych zacisków – parametry wyznaczane w oparciu o MR-C; c) schemat czterozaciskowy – odwzorowanie komórki w postaci połączonych,
Rys. 45. Model SISO reprezentujący ideę separacji czynników wpływających na właściwości komórki: a) obiekt o jednym wejściu i wyjściu oraz transmitancji T; b) model blokowy z łańcuchową separacją czynników liniowych i nieliniowych modyfikowanych w procesi
Rys. 46. Widok na przykładowe komórki: a) ÷ f) ze zbioru treningowego; g) ÷ l) ze zbioru walidacyjnego
Rys. 47. Indukcyjność własna komórek ze zbioru treningowego, obliczona na podstawie modelu polowego (MR-C) oraz aproksymacji analitycznej (AA)
Rys. 48. Indukcyjność własna komórek ze zbioru walidacyjnego, obliczona na podstawie modelu polowego (MR-C) oraz aproksymacji analitycznej (AA)
Rys. 49. Odwzorowanie obwodowe materiału niejednorodnego do obliczeń zjawisk elektrycznych z zaznaczeniem wybranych zacisków zasilających U i G: a) struktura przykładowego prostokątnego układu; b) jego model sieciowy
Rys. 50. Homogenizacja materiału niejednorodnego: a) anizotropowa komórka Ωe o rozmiarze de,x×de,y×de,z zbudowana z przewodnika i izolatora o przewodnościach σA i σB; b) ekwiwalentny materiał jednorodny o identycznych wymiarach oraz właściwościach opisany
Rys. 51. Charakterystyki amplitudowe struktur typu Ωe,f: a) wariant a (tabela 6, rys. 40a); b) wariant b (tabela 6, rys. 40b)
Rys. 52. Charakterystyki amplitudowe struktur typu Ωe,mod1: a) wariant f (tabela 6, rys. 40f); b) wariant g (tabela 6, rys. 40g)
Rys. 53. Charakterystyki amplitudowe struktur typu Ωe,mod5: a) wariant k (tabela 6, rys. 40k); b) wariant l (tabela 6, rys. 40l)
Rys. 54. Funkcja celu F(x1, x2) zmiennych x1 i x2 – minimum globalne poszukiwane w wyniku iteracyjnego przemieszczania cząstek w przestrzeni zmiennych zgodnie z określonym schematem [65]
Rys. 55. Realizacja filtru dolnoprzepustowego: a) obwód pobudzony harmonicznym napięciem Us z filtrem Yz i odbiornikiem Zo; b) ideowy schemat do wyznaczania właściwości komórek tworzących filtr
Rys. 56. Wybrane, wyznaczone geometrie komórek o częstotliwości odcięcia wynoszącej odpowiednio: a)÷c) 60 kHz; d)÷f) 90 kHz; g)÷i) 110 kHz
Rys. 57. Charakterystyki amplitudowe idealne i otrzymane dla poszczególnych typów komórek przy zadanych częstotliwościach odcięcia: a) fc,z = 60 kHz; b) fc,z = 90 kHz; c) fc,z = 110 kHz; d) fc,z = 150 kHz
Rys. 58. Rozkład potencjału elektrycznego: a) układ bez obiektu; b) układ z obiektem o promieniu ra – zaburzenie pola w bliskim (płaszcz o promieniu rp) i dalszym (poza rp) obszarze układu
Rys. 59. Komórka tworząca płaszcz: a) fragment przykładowego układu z zaznaczeniem układów współrzędnych; b) komórka typu Ωe,k i jej parametry geometryczne
Rys. 60. Parametry i geometria komórek tworzących: a) płaszcz 1; b) płaszcz 2; c) płaszcz 3
Rys. 61. Izolinie i rozkład potencjału: a) płaszcz homogeniczny – materiał opisany tensorem (108); b) płaszcz 1; c) płaszcz 2; d) płaszcz 3
Rys. 62. Rozkład potencjału elektrycznego wzdłuż przekroju A–A’: a) układ bazowy oraz z obiektem i płaszczem homogenicznym; b) układ z płaszczami 1, 2 i 3
Rys. 63. Widok wytworzonych próbek: a) typ Ωe,g; b) typ Ωe,f; c) typ Ωe,Z (polaryzacja x); d) typ Ωe,Z (polaryzacja y); e) typ Ωe,k (polaryzacja x); f) typ Ωe,k (polaryzacja y)
Rys. 64. Geometrie badanych komórek: a) typ Ωe,g; b) typ Ωe,f; c) typ Ωe,Z; d) typ Ωe,k
Rys. 65. Model elektryczny próbek materiałowych: a) reprezentacja komórek w postaci schematu czterozaciskowego; b) uproszczony model dwuzaciskowy; c) schemat ideowy układu pomiarowego
Rys. 66. Widok na stanowisko do pomiaru impedancji zastępczej próbek materiałowych
Rys. 67. Podstawka pomiarowa: a) widok z przodu; b) widok z boku; c) widok z góry na układ z próbką
Rys. 68. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,g: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 69. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,f: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 70. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,Z: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 71. Obliczone i zmierzone rezystancje Rt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,k: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 72. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,g: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 73. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,f: a) wartości bezwzględne; b) wartości względne
Rys. 74. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,Z: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 75. Obliczone i zmierzone indukcyjności Lt próbek materiałowych geometrii typu Ωe,k: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 76. Moduły różnic względnych i błąd pomiaru komórek izotropowych: a) Ωe,g; b) Ωe,f
Rys. 77. Moduły różnic względnych i błąd pomiaru geometrii Ωe,Z: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Rys. 78. Moduły różnic względnych i błąd pomiaru geometrii Ωe,k: a) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku x; b) przy polaryzacji pola elektrycznego w kierunku y
Wykaz najważniejszych oznaczeń
Wstęp
Rozdział 1 Materiały kompozytowe w elektrotechnice
Wprowadzenie
1.1. Kompozyty elektromagnetyczne
1.1.1. Podział i zastosowanie kompozytów
1.1.2. Metody analizy kompozytów elektromagnetycznych
1.1.3. Homogenizacja właściwości elektrycznych i magnetycznych
1.2. Metamateriały pola skalarnego
1.2.1. Metody analizy
1.2.2. Układy z metamateriałami pola skalarnego
1.2.3. Realizacje materiałowe
Podsumowanie
Rozdział 2 Układy planarne z warstwą niejednorodną
Wprowadzenie
2.1. Budowa materiału niejednorodnego z warstwą periodyczną
2.2. Komórki tworzące materiał niejednorodny
Podsumowanie
Rozdział 3 Model matematyczny
Wprowadzenie
3.1. Model matematyczny stacjonarnego pola elektrycznego
3.1.1. Różniczkowe sformułowanie zagadnienia
3.1.2. Różnicowe sformułowanie zagadnienia
3.1.3. Opis warunków brzegowych
3.2. Model matematyczny stacjonarnego pola magnetycznego
3.2.1. Całkowe sformułowanie zagadnienia
3.2.2. Numeryczne sformułowanie zagadnienia
3.3. Sformułowanie częstotliwościowe pola magnetycznego
3.3.1. Różniczkowe sformułowanie zagadnienia
3.3.2. Różnicowe sformułowanie zagadnienia
3.3.3. Opis warunków brzegowych
3.4. Schematy algorytmów obliczeniowych
3.5. Ewaluacja metody różnicowo-całkowej
Wprowadzenie
3.5.1. Dyskusja wyników
Podsumowanie
Rozdział 4 Analiza układów dużej skali
Wprowadzenie
4.1. Parametry zastępcze komórek
4.1.1. Rezystancja zastępcza
4.1.2. Indukcyjność zastępcza
4.1.3. Współczynnik sprzężenia magnetycznego
4.2. Ewaluacja MR-C w identyfikacji parametrów zastępczych
Wprowadzenie
4.2.1. Dyskusja wyników
4.3. Model obwodowy i analityczny komórki
4.3.1. Model obwodowy komórki
4.3.2. Aproksymacja analityczna parametrów skupionych
4.3.3. Ewaluacja aproksymacji analitycznej parametrów skupionych
4.4. Model sieciowy układu dużej skali
4.4.1. Model obwodowy materiału niejednorodnego
4.4.2. Analiza sieci periodycznej
4.5. Homogenizacja właściwości materiałów niejednorodnych
4.5.1. Ujednorodnienie właściwości elektrycznych
4.5.2. Ujednorodnienie właściwości magnetycznych
4.6. Ewaluacja modelu obwodowego i homogenicznego
Wprowadzenie
4.6.1. Dyskusja wyników
Podsumowanie
Rozdział 5 Dobór właściwości materiałów niejednorodnych
Wprowadzenie
5.1. Synteza materiału z użyciem PSO
5.1.1. Opis algorytmu optymalizacyjnego
5.1.2. Synteza materiału niejednorodnego z użyciem PSO
5.2. Dobór właściwości materiałów izotropowych
Wprowadzenie
5.2.1. Synteza struktury o pożądanych właściwościach filtrujących
5.2.2. Dyskusja wyników
5.3. Dobór właściwości materiałów anizotropowych
Wprowadzenie
5.3.1. Synteza płaszcza elektrycznego
5.3.2. Dyskusja wyników
Podsumowanie
Rozdział 6 Weryfikacja eksperymentalna
Wprowadzenie
6.1. Metodyka badań
6.1.1. Analizowane struktury
6.1.2. Model obliczeniowy
6.1.3. Stanowisko pomiarowe
6.1.4. Procedura pomiaru
6.1.5. Dokładność pomiaru
6.2. Analiza właściwości elektrycznych
6.2.1. Rezystancja zastępcza materiału izotropowego
6.2.2. Rezystancja zastępcza materiału anizotropowego
6.3. Analiza właściwości magnetycznych
6.3.1. Indukcyjność zastępcza materiału izotropowego
6.3.2. Indukcyjność zastępcza materiału anizotropowego
6.4. Analiza błędu obliczeń i pomiaru
6.4.1. Struktury izotropowe
6.4.2. Struktury anizotropowe
Podsumowanie
Podsumowanie
Wykaz literatury
|
