Opera 概述

Opera 仿真软件是一种有限元分析软件套件,允许用户对电磁 (EM) 和机电系统进行二维和三维仿真。Opera 是对现有 SIMULIA EM 产品组合的补充,在低频仿真方面具有强大优势,这对于设计磁体、电动机和其他电气设备非常有用。
Opera 包括专用的 2D 和 3D 预处理及后处理环境,用于问题定义和结果分析。图形用户界面 (GUI) 允许访问专为电磁和多物理场设计而定制的功能。可以将定期执行的操作编程到参数化的宏文件中。

Opera 可以灵活地适应用户需求,这使其能够成功地用于不同行业的各种应用。医疗设备或粒子加速器中的磁场均匀性可达到百万分之一级别,在此类应用中,Opera 所能提供的精确度会变得极其重要。先进的材料建模和解决方案程序允许对包含永久磁体或超导线圈的设备进行详细的研究。此外,特定于应用领域的前端有助于指导用户完成模拟和优化高效高性能电机、发电机和变压器的复杂任务。

特征

解决方案

应用

OPERA 2021 新增功能

电磁和机电仿真软件

前端

2D 预处理程序和后处理程序在 2020 版本的初始版本之后得到了增强。

3D 建模器中采用的几何建模软件已升级到 ACIS 2020。这进一步提高了与其他 CAD 格式的互操作性,并且提高了性能。

3DEXPERIENCE

Opera 2021 POWER’BY 连接现已更新。对于预安装了 3DEXPERIENCE 平台组件的用户,Opera Manager 工具栏上启用了新增的 POWER’BY 按钮,它允许用户将 Opera 文件和结果推送到平台,以方便其他平台团队成员共享和使用。

许可

Opera 2021 允许使用三种不同的许可方法。现有的 LM-X 许可系统将继续延用,我们也提供了相关支持,除此之外,Opera 2021 还可以使用 SIMULIA CST 许可捆绑包(使用了 FlexNet 或 DSLS 系统)获得许可。

Opera Machines Designer

Opera Machines Designer 是一种自动化工具,可帮助设计 2D 产品中的电机设备。2021 版的 Opera Machines Designer 工具包括自动化模型创建,适用于广泛的机器类型:

无刷永磁机 (BLPM)

感应(或异步)机器 (IM)

线绕同步机 (SM)

开关磁阻机 (SRM)

同步磁阻机 (SynchRel)

永磁外部转子 (PMexternal)

应用

OPERA

Opera 仿真软件是一种有限元分析软件套件,允许用户对电磁 (EM) 和机电系统进行二维和三维仿真。Opera 是对现有 SIMULIA EM 产品组合的补充,在低频仿真方面具有强大优势,这对于设计磁体、电动机和其他电气设备非常有用。

带电粒子设备
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带电粒子模块可以计算静电和静磁场中带电粒子的相互作用。它使用有限元方法对离散模型中稳态情况的 Maxwell 方程式进行解算,并且提供了自洽场解决方案,包括空间电荷、自磁场和相对运动的影响。

提供了一套完整的发射器模型,包括表面的热电子和场效应发射、表面和包络体内的二次发射(用于气体电离建模)以及非磁化和磁化等离子体模型。

可以包括多种带电粒子,每个都具有用户定义的电荷和质量。与热离子发射相比,场发射是一种从阴极中提取电子的更具吸引力的机制,因为电子在室温(冷阴极)下通过量子机械场效应发射,耗电量更低。碳纳米管发射器正越来越受行业青睐,这种发射器更加小巧,可在更加便携的设备中使用。

磁体和屏蔽

凭借始终如一的准确性、易用性和日常处理大型和复杂仿真的能力,Opera 成为了人们设计各种磁体时用到的最重要 FEA 设计工具。

Opera 被科学界广泛应用于粒子加速器、离子束设备、MRI/NMR 和各种其他磁性设备中的磁体设计。这款以应用为中心的软件经过多年的发展,如今提供了全面的多物理场仿真,除了电磁研究之外,还支持研究热学和应力研究。

该软件还可以通过电磁场来跟踪带电粒子。由于成像区域需要极高的场精度,因此 MRI/NMR 应用的要求非常严苛。Opera 在开发时充分考虑了这一需求,因此许多领先的 MRI 和 NMR 设备制造商都使用 Opera 来设计超导磁体、执行失超仿真以及设计磁体屏蔽。该软件现在提供了全面的多物理场仿真,除了电磁之外,还能够研究热和应力。

标准结果(取决于执行的解决方案)包括:

  • 场分布
  • 场均匀性和梯度
  • 傅立叶分析系数
  • 相关勒让德多项式系数
  • 线圈上的峰值场
  • 杂散场/屏蔽效能 (EMC/EMI)
  • 粒子束轨迹
  • 脉冲磁体的动态性能
  • 力和损耗 – 线圈、磁轭和护罩
  • 机械负载导致的偏转和应力
  • 冷却预应力
  • 失超传播
  • 保护电路性能
  • 匝间/层间电压
  • 本征频率和 Q 系数
磁控管溅射

溅射镀膜工艺在各种应用中广泛用于加工镀膜,从玻璃上的装饰镀膜和低辐射镀膜,到当今最严苛应用场合中所用产品上的工程涂层。优化沉积膜属性以及利用溅射靶对于保证最终产品的性能和流程的经济性至关重要。Opera 将精确的有限元分析和详细的等离子体、喷溅和膜沉积模型结合在一起,提供了首款用于设计和优化磁控管的实用工具。

这是可供磁控管和溅射仪的设计人员使用的首款有效的设计仿真工具。在工程和产品设计的许多领域,此类工具已证明能够增强性能、降低成本和缩短开发周期,并帮助创新以增强竞争优势。

Opera 中包含多种仿真功能,其中与磁控管设计人员尤为相关的功能包括:

  • 使用高级有限元模拟进行完整的 3D 系统评估和设计
  • 仿真期间的磁场计算
  • 在多磁控管溅射仪环境中包含来自相邻磁控管的杂散场
  • 自洽带电粒子建模,包括空间电荷和相对论效应
  • 快速评估设计变体
  • 多变量、多目标优化

通过 Opera,设计人员可以预测和优化:

  • 磨蚀槽轮廓
  • 目标利用率
  • 基体涂层轮廓
  • 涂层动态 – 特性和质量
船舶特征和阴极保护

通过开发先进的电磁特征建模、阴极保护系统和解决反向电磁感应问题,Opera 高级电磁仿真已经成为船舶工程师和设计师不可或缺的称手利器。

消除电场和磁场特征是船舶设计过程中的一个重要部分。多年以来,Opera 一直广泛用作非消磁和消磁特征评估的仿真工具,在验证实践中表现出了出色的精度,并在消磁线圈位置优化中表现出了高度的灵活性。

Opera 用户可以轻松修改为磁性特征评估创建的模型,以便能够使用相同的 Opera 仿真模块对阴极保护系统进行建模。阴极保护分析只需要船舶的外表面模型,包括外加电流阳极、牺牲阳极以及喷漆和未保护区域。

Opera 的结果后处理可用于查询多种有用的结果,包括:

  • 在船舶上的潜在分布(可揭示阳极保护系统的有效性)。
  • 海洋和海床模型包络体中任意位置的电场分布
  • 海洋和海床模型包络体中任意位置的电流密度分布
  • 海洋和海床中的电流产生的磁场
电机和发电机

Opera 是一款功能强大的交互式有限元分析 (FEA) 软件包,经验证可为所有类型的机器提供准确的电磁场建模,包括轴向通量拓扑和线性运动设备。电磁和其他物理解算器可提供不同复杂级别的分析,为用户提供满足其要求的最佳工具。全面的材料建模选项(包括磁化、使用中消磁和全矢量磁滞材料模型)以及外部驱动电路的简单定义均经过精心考虑,以方便您设计机器。集成的优化器可帮助您高效地将概念转化为具有强大竞争优势的产品。Machines Environment 是一种易用的模板驱动型开发工具,专为电气设备工程师设计。根据几何图形的复杂性和对称性,用户可以选择使用 Opera 2D 或 Opera 3D。

Opera 静态解算器可以准确地展示机器的电磁行为。这对于可将电磁场视为时间“冻结”点的机器(如 DC 机器)或者电磁场运动速度与转子相同(同步机器)的机器非常有用,让用户可以部署稳态(时变 AC)解算器以执行包含时变场的机器分析,例如感应机器或扭矩与滑移特性分析。

通过使用运动解算器,用户可以对任何机器的实际性能进行完全分析。这还包括对机械耦合影响的分析。Opera 的损耗解算器系列允许用户评估任何类型机器的铁损耗(包括涡流、磁滞和过长/旋转组件)。这可以通过使用后处理方法完成,或者在制造商曲线的解算中直接完成。用户可以通过模拟绕组中的电流计算出铜损耗。借助 Opera 的磁滞解算器,用户可以明确地计算出磁滞损失(包括旋转组件损耗和涡流损耗)。任何损耗量都可以在二维或三维热分析中用作热源。

Opera 的结果后处理可用于查询多种有用的结果,包括:

  • 在船舶上的潜在分布(可揭示阳极保护系统的有效性)。
  • 海洋和海床模型包络体中任意位置的电场分布
  • 海洋和海床模型包络体中任意位置的电流密度分布
  • 海洋和海床中的电流产生的磁场
变压器和反应器

Opera 仿真套件使用有限元方法来模拟设备和系统的电气、热力学和结构行为。Opera 是一种虚拟原型设计工具,可用于探索设计变体、优化和改进设计,并提供与物理测试同样精准的测试结果。

电力系统及相关设备制造商致力于设计能够满足现代社会需求的产品,利用 Opera,这些制造商可提高效率,设计出外形更加小巧、更加环保的产品。Opera 可帮助您满足这些往往彼此冲突的需求,成功设计出富有创新又高度优化的产品。随着设计迭代和物理原型构建/测试的传统开发流程变得耗时且成本高昂,设计人员开始更多地转为使用 Opera。

  • 使用高级有限元仿真进行 3D 设备评估
  • 完整的非线性和局部正交各向异性材料展示,可同时用于电磁和热分析
  • 快速测试设计变体
  • 在真实条件下(即所有工作条件和故障条件下)进行测试
  • 包括电源和负载
  • 包括热力学分析和结构分析
  • 与 Opera 优化器集成

标准结果(取决于执行的解决方案)包括:

  • 效率
  • 电感
  • 饱和曲线
  • 短路分析
  • 开路分析
  • 浪涌电流/负载测试
  • 通电瞬态
  • 损耗 – 铜、涡流、磁滞
  • 杂散场/屏蔽分析 (EMC/EMI)
  • 线圈上的动态力