FEMM 5

Гармоническое магнитное поле · Осесимметричная

Сферический экран: магнитный и вихретоковый механизмы

В переменном поле проводящий ферромагнитный экран использует одновременно два механизма. Большая проницаемость отводит магнитный поток в материал, а вихревые токи создают встречное поле и рассеивают активную мощность. Частота меняет не только величину поля в полости, но и глубину его проникновения в стенку. Для правильного результата сетку необходимо согласовать с этой глубиной.

Принята сферическая оболочка с радиусами 100 и 110 мм, μr=100 и проводимостью 1 МСм/м. Амплитуда внешней индукции составляет 1 мТл. Рассчитываются статический контроль и частоты 50, 200 и 800 Гц. Частотный диапазон выбран так, чтобы опубликованная сетка разрешала ослабленное поле в полости и поверхностный слой материала.

Самостоятельная учебная модель FEMM 5: от физических соотношений к полевому решению и проверке результата.

Допущения и устройство учебной модели

Все размеры, свойства материалов и условия возбуждения заданы ниже. Численные результаты относятся к опубликованной версии модели FEMM 5.

Физическая и математическая постановка

Проникновение и потери

Для линейного проводящего магнитного материала характерная глубина проникновения равна δ=√(2/ωμσ). С уменьшением δ ток сосредотачивается в более тонком слое. Мощность зависит от квадрата плотности тока, поэтому грубая сетка способна сильно исказить нагрев даже при внешне гладкой картине поля.

Все синусоидальные входы программы являются амплитудами. Средняя джоулева мощность равна интегралу |J|²/(2σ). В полевых значениях FEMM плотность тока возвращается в МА/м²; перед подстановкой в формулу СИ её необходимо умножить на миллион. Геометрическая площадь элемента также переводится из мм² в м².

\delta=\sqrt{\frac{2}{\omega\mu_0\mu_r\sigma}},\qquad P=\int_V\frac{|J|^2}{2\sigma}\,dV

Разделение проверок

Статический расчёт сравнивается с аналитическим коэффициентом сферической оболочки. Для ненулевых частот сохраняются поле полости, объёмная мощность и независимый суммарный интеграл по элементам стенки. Этот контроль обнаруживает ошибку амплитудного соглашения или единиц, которую обычное сгущение сетки не исправит.

Поле внутри сильного экрана может быть намного меньше внешнего. Поэтому относительная сходимость именно этой малой величины предъявляет более жёсткое требование к сетке, чем сходимость общей энергии. При самостоятельном повышении частоты сначала уменьшите элемент относительно δ и повторите три сетки. Число с большим количеством знаков после запятой нельзя считать точным, если две последние сетки дают существенно разное ослабление.

Исходные данные

Осесимметричная

Величины, единицы и происхождение параметров
ПараметрЗначениеЕдиницаПроисхождение
Внутренний радиус оболочки100ммЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Наружный радиус оболочки110ммЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Внешняя индукция; для AC — амплитуда0,001ТлЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Относительная проницаемость100Заданный параметр самостоятельной учебной модели
Электропроводность1000000См/мЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Частота0, 50, 200, 800ГцЗаданный параметр самостоятельной учебной модели

Порядок воспроизведения

  1. До запуска запишите уравнение контрольной величины и ожидаемое направление изменения при вариации параметра. Согласуйте миллиметры геометрии с единицами СИ в формулах. Создайте отдельную папку и откройте reproduce.py во встроенном редакторе Python FEMM 5. Команды mi_* и mo_* в этой среде уже доступны глобально.
  2. Выполните программу целиком. Она создаёт новый calculated-NN, строит каждую модель с русскими именами материалов и цепей, сохраняет файл FEM, закрывает его и повторно открывает перед решением. Поэтому проверка относится к точному записанному варианту модели и охватывает сохранение кириллицы.
  3. Изучите result.json: records хранит численные результаты всех режимов и трёх сеток, checks — названия проверок, измеренные отклонения, допуски и итог. Откройте модель и решение финальной сетки; сопоставьте материалы, направление токов и характерные размеры с таблицей параметров.
  4. Составьте отчёт с физическим объяснением, таблицей сходимости и независимым контрольным расчётом. Затем измените один параметр и выполните новую серию. Сохраняйте предыдущую серию для сравнения; успешное завершение решателя само по себе не заменяет проверки физического масштаба и сеточной устойчивости.

Скачайте нужные файлы по отдельным ссылкам ниже в одну рабочую папку, затем откройте reproduce.py во встроенном Python FEMM 5 и выполните его. Сохраните имена файлов и структуру подпапок. Условия конкретного запуска и путь новых результатов указаны в комментариях программы.

Программа встроенного Python FEMM 5
Python · reproduce.py
"""Собственная учебная лабораторная FEMM 5: встроенный Python.
Команды FEMM доступны глобально, внешний пакет femm не используется.
Каждая сетка сохраняется в отдельный FEM, закрывается, открывается повторно
и решается с русскими именами свойств. Новый запуск создаёт calculated-NN.
Опубликованные модели и квитанции не изменяются. Размеры: мм; результаты: СИ.
"""
import os
import sys
import math
import json
CONFIG = {'a': 100, 'b': 110, 'B': 0.001, 'mu': 100, 'sigma': 1000000.0, 'variants': [0, 50, 200, 800]}
MODE = 'acshield'
saved=globals().get('__file__','') or (sys.argv[0] if sys.argv else '')
base=os.path.dirname(os.path.abspath(saved)) if saved else os.getcwd()
index=1
while os.path.exists(base+'/calculated-%02d'%index):index+=1
directory=base+'/calculated-%02d'%index
os.mkdir(directory)
records=[]
checks=[]
MU0=4*math.pi*1e-7

def real(x):
    if isinstance(x,(list,tuple)):x=x[0]
    return complex(x).real

def check(name,value,limit):
    checks.append({'name':name,'value':value,'limit':limit,'passed':math.isfinite(value) and value<=limit})

def material(name,mu=1,sigma=0):
    mi_addmaterial(name,mu,mu,0,0,sigma/1e6)

def label(x,y,name,mesh,group=1,circuit='<None>',turns=1):
    mi_addblocklabel(x,y);mi_selectlabel(x,y)
    mi_setblockprop(name,0,mesh,circuit,0,group,turns);mi_clearselected()

def polygon(points,boundary=None,spacing=0):
    for x,y in points:mi_addnode(x,y)
    for i,(x,y) in enumerate(points):
        x2,y2=points[(i+1)%len(points)];mi_addsegment(x,y,x2,y2)
        if boundary:
            mi_selectsegment((x+x2)/2,(y+y2)/2)
            mi_setsegmentprop(boundary,spacing,0,0,0);mi_clearselected()

def rect(x1,y1,x2,y2):polygon([(x1,y1),(x2,y1),(x2,y2),(x1,y2)])

def circle(x,y,r,angle,boundary=None):
    mi_addnode(x-r,y);mi_addnode(x+r,y)
    mi_addarc(x-r,y,x+r,y,180,angle);mi_addarc(x+r,y,x-r,y,180,angle)
    if boundary:
        mi_selectarcsegment(x,y-r);mi_selectarcsegment(x,y+r)
        mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()

def halfcircle(r,angle,boundary=None):
    mi_addnode(0,-r);mi_addnode(0,r)
    mi_addarc(0,-r,0,r,180,angle)
    if boundary:
        mi_selectarcsegment(r,0);mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()

def start(axis,f,outer,level,uniform=0):
    newdocument(0)
    mi_probdef(f,'millimeters','axi' if axis else 'planar',1e-10,1000,30,0)
    material('Воздух')
    # Коэффициенты пространственной функции A вводятся на миллиметр геометрии.
    mi_addboundprop('Внешняя граница',0,uniform/2000 if axis else 0,0 if axis else uniform/1000,0,0,0,0,0,0)
    if axis:
        # Ось r=0, z снизу вверх: исходные координаты библиотек не используются.
        halfcircle(outer,4/(2**level),'Внешняя граница')
        mi_addsegment(0,-outer,0,outer)
    else:circle(0,0,outer,4/(2**level),'Внешняя граница')

def close_axis():
    # FEMM автоматически разбивает осевой отрезок вершинами внутренних дуг.
    pass

def coil(r,z,width,height,current,turns,mesh,num):
    name='Обмотка %d'%num
    mi_addcircprop(name,current,1)
    rect(r-width/2,z-height/2,r+width/2,z+height/2)
    label(r,z,'Медь обмотки',mesh,10+num,name,turns)
    return name

def solve(level,variant,tag=''):
    name='model-%s-%02d%s.fem'%(str(variant).replace('.','p'),level+1,tag)
    mi_saveas(directory+'/'+name);mi_close();opendocument(directory+'/'+name)
    mi_analyze(1);mi_loadsolution();mo_smooth('off')
    mo_groupselectblock();energy=real(mo_blockintegral(2));loss=real(mo_blockintegral(4));mo_clearblock()
    return {'model':name,'level':level+1,'variant':variant,'nodes':mo_numnodes(),'elements':mo_numelements(),'energy_J':energy,'ohmic_loss_W':loss,'saved_reopened_solved':True}

def finish():mo_close();mi_close()

def loop_field(r,z,turns,current,position):
    r*=0.001;dz=(position-z)*0.001
    return MU0*turns*current*r*r/(2*(r*r+dz*dz)**1.5)

def bessel(n,z):
    term=(z/2)**n
    total=term
    for k in range(1,100):
        term*=-(z*z/4)/(k*(k+n));total+=term
        if abs(term)<1e-15*max(1,abs(total)):break
    return total

def skin_resistance(radius,sigma,f):
    a=radius*.001
    if f==0:return 1/(math.pi*a*a*sigma)
    delta=math.sqrt(2/(2*math.pi*f*MU0*sigma));k=(1-1j)/delta
    return (k*bessel(0,k*a)/(2*math.pi*a*sigma*bessel(1,k*a))).real

def circuit_values(name):
    i,v,psi=mo_getcircuitproperties(name)
    return complex(i),complex(v),complex(psi)

def magnetic_b(x,y):
    mo_smooth('on')
    values=mo_getpointvalues(x,y)
    mo_smooth('off')
    return values[1],values[2]

def asinh(x):return math.log(x+math.sqrt(x*x+1))

def energy_identity(row,circuits,frequency):
    power=0;fluxenergy=0
    for name in circuits:
        i,v,psi=circuit_values(name)
        power+=(v*i.conjugate()).real/2
        fluxenergy+=(psi*i.conjugate()).real/(4 if frequency else 2)
    row['circuit_active_power_W']=power
    row['circuit_energy_J']=fluxenergy
    if frequency:
        error=abs(power-row['ohmic_loss_W'])/max(abs(power),1e-20)
        row['power_balance_relative']=error
        check('Баланс активной мощности '+row['model'],error,0.015)
    else:
        error=abs(fluxenergy-row['energy_J'])/max(abs(fluxenergy),1e-20)
        row['energy_identity_relative']=error
        check('Энергия и потокосцепление '+row['model'],error,0.012/(2**(row['level']-1)))

if MODE in ('wires','wireL','skin','proximity','busbars'):
    variants=CONFIG.get('variants',[0])
    for variant in variants:
      shapes=('solid','tube') if MODE=='busbars' else ('solid',)
      for shape in shapes:
       for level in range(3):
        f=variant if MODE in ('skin','proximity','busbars') else 0
        r=CONFIG.get('r',math.sqrt(20));d=CONFIG.get('d',30)
        if MODE=='skin':d=200
        outer=5000 if MODE=='wireL' else (1000 if MODE=='wires' else max(300,8*d))
        start(False,f,outer,level)
        if MODE in ('wires','wireL'):
            local=150 if MODE=='wires' else 750
            circle(0,0,local,4/(2**level))
            label(0,local*.7,'Воздух',(5 if MODE=='wires' else 15)/(2**level),3)
        sigma=CONFIG.get('sigma',0);material('Медь проводников',1,sigma)
        names=[]
        for side in (-1,1):
            name='Прямой проводник' if side<0 else 'Обратный проводник'
            mi_addcircprop(name,-side*CONFIG['I'],1);names.append(name)
            rr=6 if MODE=='busbars' and shape=='tube' else r
            circle(side*d/2,0,rr,4/(2**level))
            if MODE=='busbars' and shape=='tube':
                circle(side*d/2,0,4,4/(2**level));label(side*d/2,0,'Воздух',r/3/(2**level),2)
                label(side*d/2+5,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
            else:label(side*d/2,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
        label(0,outer*.6,'Воздух',outer/16/(2**level),1)
        row=solve(level,variant,'-'+shape);row['shape']=shape
        energy_identity(row,names,f)
        if MODE=='wires':
            x,y=-d/2,50;bx,by=magnetic_b(x,y);bx=real(bx);by=real(by)
            exactx=0;exacty=0
            for side in (-1,1):
                xx=x-side*d/2;ii=-side*CONFIG['I'];dist2=(xx*.001)**2+(y*.001)**2
                exactx-=MU0*ii*(y*.001)/(2*math.pi*dist2);exacty+=MU0*ii*(xx*.001)/(2*math.pi*dist2)
            row.update({'Bx_T':bx,'By_T':by,'analytic_Bx_T':exactx,'analytic_By_T':exacty})
            error=math.sqrt((bx-exactx)**2+(by-exacty)**2)/math.sqrt(exactx**2+exacty**2)
            check('Векторный закон Био — Савара '+row['model'],error,0.035/(2**level))
            row['primary']=math.sqrt(bx*bx+by*by)
        elif MODE=='wireL':
            inductance=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
            exact=MU0/math.pi*(math.log(d/r)+.25)
            row.update({'L_H_per_m':inductance,'analytic_L_H_per_m':exact,'primary':inductance})
            check('Аналитическая индуктивность линии '+row['model'],abs(inductance/exact-1),0.03/(2**level))
        else:
            resistance=2*row['ohmic_loss_W']/CONFIG['I']**2
            row.update({'loop_R_ohm_per_m':resistance,'skin_only_loop_R_ohm_per_m':2*skin_resistance(r,sigma,f),'primary':resistance})
            if MODE=='skin':check('Внутреннее сопротивление по функциям Бесселя '+row['model'],abs(resistance/(2*skin_resistance(r,sigma,f))-1),0.018)
            elif MODE=='proximity':check('Потери не ниже двух изолированных проводов '+row['model'],max(0,2*skin_resistance(r,sigma,f)/resistance-1),0.015)
            else:
                dc=2/(math.pi*20e-6*sigma)
                check('AC-сопротивление не ниже DC '+row['model'],max(0,dc/resistance-1),0.01)
        records.append(row);finish()

elif MODE in ('helmholtz','maxwell','brooks','solenoid','mutual'):
    for variant in CONFIG['variants']:
      excitations=(1,2) if MODE=='mutual' else (1,)
      for excitation in excitations:
       for level in range(3):
        outer=2500 if MODE=='solenoid' else 1500
        start(True,0,outer,level);material('Медь обмотки')
        rect(0,-400,400,400)
        label(300,0,'Воздух',8/(2**level),3)
        names=[];specs=[]
        if MODE=='helmholtz':
            R=CONFIG['R'];sep=variant*R
            specs=[(R,-sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(R,sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
        elif MODE=='maxwell':
            R=CONFIG['R'];rr=R*math.sqrt(4/7);zz=R*math.sqrt(3/7)*variant
            specs=[(R,0,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(rr,-zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N']),(rr,zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N'])]
        elif MODE=='brooks':specs=[(1.5*variant,0,variant,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
        elif MODE=='solenoid':specs=[(32.5,0,5,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
        else:
            specs=[(50,-variant/2,4,4,1 if excitation==1 else 0,CONFIG['N']),(60,variant/2,4,4,1 if excitation==2 else 0,CONFIG['N'])]
        mesh=(variant/20 if MODE=='brooks' else 1)/(2**level)
        for num,spec in enumerate(specs,1):names.append(coil(*spec,mesh,num))
        label(outer*.5,0,'Воздух',outer/18/(2**level))
        row=solve(level,variant,'-e%d'%excitation);row['excitation']=excitation
        energy_identity(row,names,0)
        br,bz=magnetic_b(0,0);bz=real(bz);row['Bz_center_T']=bz
        if MODE in ('helmholtz','maxwell'):
            exact=sum(loop_field(r,z,n,i,0) for r,z,w,h,i,n in specs)
            row['analytic_Bz_center_T']=exact
            check('Знак и модуль осевого поля '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.025/(2**level))
            profile=[]
            for frac in (-.3,-.2,-.1,0,.1,.2,.3):
                zz=frac*CONFIG['R'];bb=real(magnetic_b(0,zz)[1]);theory=sum(loop_field(r,z,n,i,zz) for r,z,w,h,i,n in specs)
                profile.append([zz,bb,theory]);check('Профиль поля z='+str(zz)+' '+row['model'],abs(bb/theory-1),0.035/(2**level))
            row['axis_profile_mm_T']=profile;row['uniformity_20percent']=max(abs(p[1]/bz-1) for p in profile if abs(p[0])<=.2*CONFIG['R']);row['primary']=bz
        elif MODE=='brooks':
            ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2;exact=1.6994e-6*1.5*variant*.001*CONFIG['N']**2
            row.update({'L_H':ll,'analytic_Grover_L_H':exact,'primary':ll})
            check('Формула Брукса — Гровера '+row['model'],abs(ll/exact-1),0.025)
        elif MODE=='solenoid':
            aa=variant*.001/2;exact=MU0*CONFIG['N']*CONFIG['I']/(2*.005)*(asinh(.035/aa)-asinh(.030/aa))
            ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
            row.update({'analytic_center_T':exact,'L_H':ll,'primary':bz})
            check('Интеграл Био — Савара для конечной обмотки '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.012)
        else:
            one=circuit_values(names[0]);two=circuit_values(names[1])
            ll=(one if excitation==1 else two)[2].real;mm=(two if excitation==1 else one)[2].real
            row.update({'L_self_H':ll,'M_H':mm,'primary':mm})
        records.append(row);finish()
    if MODE=='mutual':
        for variant in CONFIG['variants']:
            a=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==1][0]
            b=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==2][0]
            check('Взаимность M12=M21 при зазоре '+str(variant),abs(a['M_H']/b['M_H']-1),0.003)
            check('Положительная определённость матрицы L при зазоре '+str(variant),max(0,a['M_H']**2/(a['L_self_H']*b['L_self_H'])-1),1e-8)

elif MODE in ('cylinder','sphere','acshield'):
    for variant in CONFIG['variants']:
      for level in range(3):
        axis=MODE!='cylinder';a=CONFIG['a'];b=CONFIG['b'];mu=CONFIG.get('mu',variant);f=variant if MODE=='acshield' else 0
        sigma=CONFIG.get('sigma',0);outer=b*12
        start(axis,f,outer,level,CONFIG['B']);material('Материал экрана',mu,sigma)
        if axis:
            halfcircle(a,3/(2**level));halfcircle(b,3/(2**level))
            label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(.5 if MODE=='acshield' else (b-a)/8)/(2**level),5)
        else:
            circle(0,0,a,3/(2**level));circle(0,0,b,3/(2**level));label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(b-a)/6/(2**level),5)
        label(a/2,0,'Воздух',a/8/(2**level),2)
        label(b*3,0,'Воздух',outer/18/(2**level),1)
        row=solve(level,variant);bx,by=magnetic_b(0,0);bb=abs(complex(by if axis else bx))
        ratio=bb/CONFIG['B'];row.update({'B_inside_T':bb,'attenuation_ratio':ratio,'primary':ratio})
        if MODE=='cylinder':shield=((mu+1)**2-(mu-1)**2*(a/b)**2)/(4*mu)
        else:shield=((2*mu+1)*(mu+2)-2*(mu-1)**2*(a/b)**3)/(9*mu)
        row['analytic_DC_ratio']=1/shield
        if f==0:check('Аналитическое экранирование '+row['model'],abs(ratio*shield-1),0.018)
        if f>0:
            # Независимое интегрирование J^2/(2σ) по центрам элементов экрана.
            total=0
            for ei in range(1,mo_numelements()+1):
                elem=mo_getelement(ei)
                if int(elem[6])!=5:continue
                x,y,area=elem[3],elem[4],elem[5]
                values=mo_getpointvalues(x,y);jj=(complex(values[7])+complex(values[8]))*1e6
                volume=area*1e-6*(2*math.pi*x*.001 if axis else 1)
                total+=abs(jj)**2/(2*sigma)*volume
            row['element_Joule_integral_W']=total
            check('Интеграл Джоуля в экране '+row['model'],abs(total/row['ohmic_loss_W']-1),0.04)
        records.append(row);finish()
    if MODE=='acshield':
        last=[r for r in records if r['level']==3]
        for i in range(1,len(last)):
            check('Частотное усиление экранирования '+str(last[i]['variant']),max(0,last[i]['attenuation_ratio']/last[i-1]['attenuation_ratio']-1),0.01)

elif MODE in ('sensor','pipe','heating'):
    for variant in CONFIG['variants']:
      for level in range(3):
        f=variant if MODE=='heating' else CONFIG['f']
        start(True,f,500,level);material('Медь обмотки');material('Проводящая мишень',1,CONFIG['sigma'])
        if MODE=='sensor':
            name=coil(20,variant+3,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
            rect(0,-8,60,0);label(30,-4,'Проводящая мишень',1/(2**level),5)
        elif MODE=='heating':
            name=coil(40,10,6,8,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
            rect(0,-5,60,0);label(30,-2.5,'Проводящая мишень',.6/(2**level),5)
        else:
            name=coil(24,0,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],.8/(2**level),1)
            polygon([(16,-40),(20,-40),(20,-4),(20-variant,-4),(20-variant,4),(20,4),(20,40),(16,40)])
            label(18,-20,'Проводящая мишень',.8/(2**level),5)
        label(300,0,'Воздух',30/(2**level))
        row=solve(level,variant);energy_identity(row,[name],f)
        ii,vv,pp=circuit_values(name);zz=vv/ii
        row.update({'impedance_real_ohm':zz.real,'impedance_imag_ohm':zz.imag,'L_apparent_H':zz.imag/(2*math.pi*f),'primary':row['ohmic_loss_W']})
        check('Пассивность мишени '+row['model'],max(0,-zz.real),1e-10)
        check('Реактивное сопротивление катушки '+row['model'],max(0,-zz.imag),1e-10)
        records.append(row);finish()
    finest=[r for r in records if r['level']==3]
    if MODE=='sensor':
        for i in range(1,len(finest)):check('Убывание потерь с зазором '+str(finest[i]['variant']),max(0,finest[i]['ohmic_loss_W']/finest[i-1]['ohmic_loss_W']-1),0.005)
    if MODE=='pipe':
        difference=abs(finest[1]['impedance_imag_ohm']/finest[0]['impedance_imag_ohm']-1)
        check('Утонение даёт разрешимый сигнал',max(0,0.001-difference),0)
        records.append({'measurement':'thinning_signal','relative_impedance_change':difference})

# Сходимость по трём сеткам проверяется отдельно для каждого физического режима.
groups={}
for row in records:
    if 'level' not in row:continue
    key=str(row['variant'])+str(row.get('shape',''))+str(row.get('excitation',''))
    if key not in groups:groups[key]=[]
    groups[key].append(row)
for key,rows in groups.items():
    rows.sort(key=lambda row:row['level'])
    value=abs(rows[-1]['primary']/rows[-2]['primary']-1)
    check('Сходимость измеряемой величины, режим '+key,value,0.025 if MODE in ('acshield','heating','pipe','sensor','proximity','skin','busbars') else 0.012)
result={'runtime':'FEMM 5; embedded MicroPython','case_id':'ac-spherical-shield','records':records,'checks':checks,'passed':all(c['passed'] for c in checks),'scope':'Самостоятельная учебная 2D/осесимметричная модель; численные проверки относятся к указанным параметрам.'}
with open(directory+'/result.json','w') as stream:json.dump(result,stream)
print(json.dumps(result))
assert result['passed']

Картина рассчитанного поля

Линии магнитного потока: model-800-03.ans
Визуализация сохранённого решения FEMM 5 model-800-03.ans. Осесимметричная потоковая функция ψ=2πrAφ; интерполяция FEMM 5. Показана действительная компонента фазора при фазе 0; это не модуль индукции. Показан увеличенный фрагмент расчётной области. Контуры деталей взяты из той же модели. Области вне сохранённых треугольников не заполняются. Это научный график сохранённых данных. Нажмите на карту, чтобы открыть её отдельно и увеличить.

Окна FEMM 5

Снимки интерфейса FEMM показывают геометрию, настройки и работу с результатами в FEMM 5. Откройте изображение, чтобы рассмотреть подписи и значения в полном размере.

Меридиональный разрез проводящего сферического экрана: радиусы 100 и 110 мм, μr = 100, σ = 1 МСм/м. Показана рабочая область; текстовые подписи скрыты в отображении.
Меридиональный разрез проводящего сферического экрана: радиусы 100 и 110 мм, μr = 100, σ = 1 МСм/м. Показана рабочая область; текстовые подписи скрыты в отображении. Открыть в полном размере
Сохранённое решение «Сферический экран: магнитный и вихретоковый механизмы». Норма комплексного вектора амплитуд магнитной индукции B, Тл, в сферическом экране на 800 Гц: μr = 100, σ = 1 МСм/м, B₀ = 1 мТл. Увеличенная рабочая область; контуры потенциала скрыты.
Сохранённое решение «Сферический экран: магнитный и вихретоковый механизмы». Норма комплексного вектора амплитуд магнитной индукции B, Тл, в сферическом экране на 800 Гц: μr = 100, σ = 1 МСм/м, B₀ = 1 мТл. Увеличенная рабочая область; контуры потенциала скрыты. Открыть в полном размере

Результаты и численные проверки

Сохранено решений FEMM: 12. Выполнено проверок: 19. Полная точность чисел и условия сравнения доступны в таблицах результатов JSON.

Результаты расчётов и производные итоги
Частота, ГцСредние джоулевы потери, ВтОтношение внутреннего поля к внешнемуАналитическое ослабление статического поляЧисло элементовОтношение амплитуд внутреннего и внешнего поляФайл моделиУровень сеткиИндукция внутри экрана, ТлСохранение, открытие и решениеЭнергия поля, ДжЧисло узловИнтеграл Джоуля по элементам, Вт
000,15410,1559446160,1541model-0-01.fem1154,1 × 10⁻⁶Да3,82322460—
000,15430,15591469180,1543model-0-02.fem2154,3 × 10⁻⁶Да3,82673653—
000,15490,15595472940,1549model-0-03.fem3154,9 × 10⁻⁶Да3,827273952—
500,31570,13460,1559446160,1346model-50-01.fem1134,6 × 10⁻⁶Да1,912224600,3157
500,3170,13480,15591469180,1348model-50-02.fem2134,8 × 10⁻⁶Да1,913736530,317
500,31910,13520,15595472940,1352model-50-03.fem3135,2 × 10⁻⁶Да1,9142739520,3191
2002,1180,056180,1559446160,05618model-200-01.fem156,18 × 10⁻⁶Да1,912224602,118
2002,1240,055910,15591469180,05591model-200-02.fem255,91 × 10⁻⁶Да1,914736532,124
2002,1340,055960,15595472940,05596model-200-03.fem355,96 × 10⁻⁶Да1,9152739522,134
80010,270,004870,1559446160,00487model-800-01.fem14,87 × 10⁻⁶Да1,9132246010,27
80010,270,0046550,15591469180,004655model-800-02.fem24,655 × 10⁻⁶Да1,9157365310,27
80010,290,0046070,15595472940,004607model-800-03.fem34,607 × 10⁻⁶Да1,91527395210,29
Проверки опубликованного расчёта
КритерийПолученоДопуск или ожидаемое значениеИтог
Аналитическое экранирование model-0-01.fem0,011560,018Выполнен
Аналитическое экранирование model-0-02.fem0,0097380,018Выполнен
Аналитическое экранирование model-0-03.fem0,0062660,018Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-50-01.fem65,94 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-50-02.fem16,75 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-50-03.fem4,159 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-200-01.fem119,4 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-200-02.fem30,95 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-200-03.fem7,614 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-800-01.fem242,5 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-800-02.fem64,78 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Интеграл Джоуля в экране model-800-03.fem15,72 × 10⁻⁶0,04Выполнен
Частотное усиление экранирования 5000,01Выполнен
Частотное усиление экранирования 20000,01Выполнен
Частотное усиление экранирования 80000,01Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 500,0030640,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 00,0035070,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 8000,010260,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 200866,4 × 10⁻⁶0,025Выполнен

Допуски относятся к указанной учебной задаче и способу сравнения. Число показанных цифр не означает такой же физической точности.

Модели, решения и программа

Для нового расчёта сохраните программу, модели и необходимые данные в одну рабочую папку, сохраняя структуру подпапок.

Полные численные результаты

Границы применимости