Chociaż SIMULIA posiada specjalnie dedykowane oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznych – CST Studio Suite, niektóre stosunkowo proste analizy tego typu można również wykonywać bezpośrednio w programie Abaqus. Zaletą takiego podejścia jest łatwe sprzężenie modelu z analizą mechaniczną i przepływem ciepła. Dostępne rodzaje analiz elektromagnetycznych w Abaqus to:
Elektrostatyka koncentruje się na analizie stałego pola elektrycznego generowanego przez nieruchome ładunki elektryczne. Opiera się więc na prawie Gaussa. W programie Abaqus z tego typu zagadnień dostępne są tylko analizy zjawiska piezoelektrycznego, w których zmiana potencjału elektrycznego wywołuje odkształcenia zaś naprężenia wywołują zmiany potencjału elektrycznego. Są to symulacje sprzężone wykonywane przy pomocy kroków typu static, dynamic implicit, frequency, modal dynamic lub steady-state dynamics.
Konieczne jest wówczas użycie elementów typu piezoelectric (stopień swobody nr 9 to potencjał elektryczny) i odpowiednich właściwości materiału - liniowej sprężystości oraz właściwości piezoelektrycznych (*PIEZOELECTRIC) – 18 współczynników naprężeń lub odkształceń. Wiążą one strumień pola elektrycznego z naprężeniami/odkształceniami w danym kierunku. Potrzebna jest również definicja właściwości dielektrycznych (*DIELECTRIC), dzięki którym występuje ładunek elektryczny, gdy pojawia się gradient potencjału elektrycznego. Te właściwości określa stała (lub stałe w przypadku anizotropii) dielektryczna opisująca zależność między strumieniem pola elektrycznego i gradientem potencjału elektrycznego. Można również zdefiniować tłumienie (w tym piezoelektryczne).
Jako warunki brzegowe, oprócz przemieszczeń, definiuje się potencjał elektryczny w węzłach. Dostępne obciążenia to skupione (punktowe), powierzchniowe i objętościowe siły mechaniczne i ładunki elektryczne. Uzyskiwane wyniki związane z polem elektrycznym to m.in. gęstość energii elektrostatycznej, wektor gradientu potencjału elektrycznego, wektor strumienia pola elektrycznego i potencjał elektryczny w węźle.
Przykład poniżej - przetwornik piezoelektryczny:
Przewodzenie prądu stałego
Analizy przepływu prądu stałego (DC) bazują na prawie Ohma (tj. proporcjonalność natężenia prądu do napięcia) i są możliwe do wykonania w Abaqus przy pomocy dwóch kroków analiz sprzężonych:
Wybór między analizą stanu ustalonego (steady-state) i nieustalonego (transient) wpływa tylko na efekty termiczne, rozwiązanie elektryczne jest zawsze typu steady-state.
Stosowane są elementy o odpowiednich stopniach swobody - potencjał elektryczny, temperatura i ew. przemieszczenia. Właściwości materiałów również muszą obejmować te 2 lub 3 rodzaje zjawisk fizycznych. Z właściwości elektrycznych potrzebna jest przewodność elektryczna lub oporność elektryczna. Ilość energii cieplnej generowanej przez prąd elektryczny określa słowo kluczowe *JOULE HEAT FRACTION.
Dostępne warunki brzegowe elektryczne to potencjał elektryczny w węzłach zaś dostępne obciążenia elektryczne to skupione natężenie prądu lub gęstość prądu (powierzchniowa bądź objętościowa). Wyniki w zakresie rozwiązania elektrycznego obejmują m.in. wektor gradientu potencjału elektrycznego, wektor gęstości prądu elektrycznego i potencjał elektryczny w węźle.
Przykład - bezpiecznik samochodowy:
Analizy magnetostatyczne polegają na obliczaniu stałych pól magnetycznych generowanych przez prądy stałe lub magnesy trwałe. Podstawą jest tu prawo Ampera. Nie ma tu sprzężenia elektromagnetycznego, uwzględniane jest tylko samo pole magnetyczne. Do tych symulacji przeznaczony jest specjalny krok *MAGNETOSTATIC.
Potrzebne są elementy elektromagnetyczne. Musi być zdefiniowana przenikalność magnetyczna (*MAGNETIC PERMEABILITY). Wspierane jest nieliniowe zachowanie magnetyczne definiowane za pomocą krzywych konstytutywnych B-H. Możliwe jest uwzględnienie w ten sposób również magnesów trwałych.
Warunki brzegowe w tego typu analizach nie są zadawane w standardowy sposób na węzły ze względu na interpolację pól opartą o krawędzie elementów. Warunki brzegowe Dirichleta w postaci magnetycznego potencjału wektorowego zadawane są za pomocą słowa kluczowego *D EM POTENTIAL. Z kolei warunki brzegowe Neumanna to obciążenia w postaci powierzchniowego wektora gęstości prądu. Możliwe jest również zdefiniowanie objętościowego wektora gęstości prądu. Jako wyniki uzyskuje się m.in. wektor gęstości strumienia magnetycznego i wektor pola magnetycznego.
Przykład - zawór elektromagnetyczny:
Analizy elektromagnetyczne w dziedzinie częstotliwości lub czasu, nazywane są w Abaqus analizami typu Eddy Current, czyli prądów indukcyjnych pojawiających się w przewodnikach znajdujących się w zmiennym polu magnetycznym lub poruszających się względem źródła stałego pola magnetycznego. Analizy te uwzględniają sprzężenie między polami elektrycznymi i magnetycznymi, które są rozwiązywane jednocześnie. Są to analizy elektromagnetyczne niskiej częstotliwości, więc nie uwzględniają efektów prądu przesunięcia.
Do tych analiz stosowane jest słowo kluczowe *ELECTROMAGNETIC, LOW FREQUENCY. Wybór jednego z parametrów TIME HARMONIC lub TRANSIENT pozwala określić, czy analiza jest odpowiednio harmoniczna (analogicznie jak w analizach mechanicznych steady-state dynamics - odpowiedź w dziedzinie częstotliwości na wymuszenie harmoniczne) czy nieustalona (odpowiedź w dziedzinie czasu). Przy okazji warto dodać, że krok electromagnetic time harmonic jest jedynym typem kroku z procedur elektromagnetycznych (poza analizami termiczno-elektrycznymi i termiczno-elektryczno-mechanicznymi) dostępnym bezpośrednio w Abaqus/CAE (po utworzeniu modelu typu Electromagnetic). Inne typy kroków należy definiować za pomocą słów kluczowych - może w tym pomóc Keyword Editor – wystarczy dodać krok electromagnetic time harmonic, zdefiniować cechy analizy w oparciu o niego i zmienić ręcznie definicję kroku w narzędziu Keyword Editor.
Konieczne są elementy elektromagnetyczne. Jako właściwości materiałów definiuje się zawsze przenikalność magnetyczną (nieliniowe zachowanie magnetyczne w postaci krzywych B-H i magnesy trwałe są wspierane w analizach typu nieustalonego). Dla przewodników należy też zdefiniować przewodność elektryczną.
Sposób definiowania warunków brzegowych i obciążeń jest analogiczny jak w przypadku magnetostatyki. W analizach harmonicznych warunki brzegowe i obciążenia są określane w postaci części rzeczywistej i urojonej. W analizach typu Eddy Current można również definiować ruch przewodnika za pomocą słowa kluczowego *MOTION. Jako wyniki można uzyskać m.in. wektor gęstości strumienia magnetycznego, wektor pola magnetycznego, wektor pola elektrycznego, wektor gęstości prądu wirowego w obszarach przewodzących, wektor intensywności magnetycznej siły objętościowej wywołanej przepływem prądu indukcyjnego czy szybkość generowania ciepła Joule’a.
Możliwa jest tu również kosymulacja pomiędzy solverami Abaqusa - połączenie analizy typu electromagnetic time harmonic lub transient z analizą mechaniczną lub termiczną (np. grzanie indukcyjne).
Przykład - sferyczna skorupa w zewnętrznym polu magnetycznym: