Numerical calculations of an effective elasticity tensor and extremal stresses for arbitrary magnet composites
Description
For the calculation of mechanical properties of large magnet systems in 3-dimensional space, a very fine subdivision of the magnetstructure is necessary. In the finite element programms, this will lead to unacceptably long computing times and to the limits of computer-storage capacity. This limitation requires a simplification of the structure model. The objective of this work is to find such simplifications that yield still reliable results by the stress-strain analysis. This problem can be solved by the numerical method, called 'numerical simulation', by which an effective elasticity tensor will be obtained for a composite material. The structure can be arbitrarily complicated and may contain voids, e.g. cooling channels, which are weak elements for the structural analysis. The structure has to perform only a homogeneity-condition, i.e. it must be possible to define a 'representative volume element' (RVE). With the effective elasticity tensor, which can be found for such RVE, it is possible to calculate the average stress and with the surface displacement method also the extremal stresses in each point of the structure. It is found a good agreement between experimental and theoretical moduli of elasticity. (orig.)
Availability note (English)
MF available from INIS under the Report Number.Abstract (German)
Bei der Berechnung der strukturmechanischen Eigenschaften grosser Magnetspulen bzw. Magnetsysteme ist eine sehr feine Unterteilung der Struktur notwendig. Dadurch kann sich eine so grosse Zahl von Einzelelementen ergeben, dass bei diesen Systemen die Grenzen von Speicherkapazitaet und auch Rechenzeit heutiger Rechner ueberschritten werden. Daher ist man gezwungen, bestimmte Vereinfachungen vorzunehmen. Aufgabe dieser Arbeit war, solche Vereinfachungen zu finden, die noch zuverlaessige Werte bei der Spannungs-Dehnungsanalyse liefern. Es wird eine numerische Methode angegeben, sog. 'numerische Simulation', mit deren Hilfe ein effektiver Elastizitaetstensor ermittelt wird. Die Struktur kann dabei beliebig kompliziert werden, sogar geometrische Diskontinuitaeten z.B. Kuehlkanaele enthalten, die strukturmechanisch Schwachstellen sind. Die Struktur muss nur die Bedingung der Homogenitaet erfuellen, d.h. es muss sich ein 'repraesentatives Volumenelement' (RVE) aufstellen lassen. Mit einem so aufgestellten effektiven Elastizitaetstensor fuer ein RVE lassen sich die mittleren und mit Hilfe der Oberflaechenverschiebungsmethode auch die extremalen Spannungen an jeder beliebigen Stelle der Struktur errechnen. Es ist eine sehr gute Uebereinstimmung der gerechneten mit den experimentellen E-Moduli festzustellen. (orig.)
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- Original title (German)
- Numerische Ermittlung eines effektiven Elastizitaetstensors und der extremalen Spannungen fuer beliebige Magnetkomposite
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 105 p.
- Report number
- KFK--3252
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 13687888
- Subject category
- S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- COMPUTERIZED SIMULATION; ELASTICITY; FINITE ELEMENT METHOD; MAGNET COILS; STRESS ANALYSIS; STRESSES; STRUCTURAL MODELS; SUPERCONDUCTING MAGNETS; TENSORS
- Descriptors DEC
- ELECTRIC COILS; ELECTRICAL EQUIPMENT; ELECTROMAGNETS; MAGNETS; MECHANICAL PROPERTIES; NUMERICAL SOLUTION; SIMULATION; SUPERCONDUCTING DEVICES