1. OPERA-3d CARMEN/Linear Solver Example
Gausstech, Inc.
TEL :

2. Model Definition Model Region Material Properties Condition
Axisymmetric
Region
① Yoke : Steel
② Plunger : Steel
③ Coil : 24V(DC), 3Ω, 300Turn
Material Properties
Steel : Nonlinear ferromagnetic material
Electrical Conductivity = 5.0E+06 S/m
Condition
Spring Constant = 200 N/m
Mass of Plunger = 0.09 Kg ② ③ ①

3. Cells
yoke
plunger
air_coil
airgap
coil
background

4. Pre-Processing

5. Launch OPERA Manager
시작 > 프로그램 > Vector Fields Opera > Opera 12.0

6. Change 3d Project Folder
Opera-3d > Change 3d Project Folder

7. Change 3d Project Folder
“폴더 찾아보기” 대화상자의 좌측 하단에 있는 “새 폴더 만들기”를 클릭한 후에
solenoid라는 폴더를 생성한 후 확인을 누름 (이후 작업파일은 solenoid 폴더 내에 저장됨)  

8. Launch Modeller
Opera-3d > Modeller

9. Opera-3d Modeller

10. Create Yoke (1)  Create > Sketching Active 선택 해제
Create > Object > Cylinder/Cone 

11. Create Yoke (2)
Create > Object > Cylider/Cone 

12. Create Yoke (3)
Create > Object > Cylider/Cone 

13. Create Yoke (4)
Create > Object > Cylider/Cone 

14. Create Plunger
Create > Object > Cylider/Cone 

15. Create Air_Coil
Create > Object > Cylider/Cone 

16. Create Airgap
Create > Object > Cylider/Cone 

17. Launch Circuit Editor
Execute CircuitEditor.exe (Beta Version)

18. Create Components
좌측 상단 트리에서 Voltage, Winding3d, Resistor 아이템을 드래그하여 우측 Panel에 놓고,
적절한 위치에 배치한다.
컴포넌트를 회전시키려면
Edit > Rotate clockwise
Edit > Rotate anti-clockwise
컴포넌트의 극성을 바꾸려면
Edit > Reverse

19. Connect Components 컴포넌트 배치를 마치면 컴포넌트들을 회로에 맞게 연결한다.
컴포넌트 양단에 위치한 터미널을 더블클릭하여 연결을 시작하고, 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 연결을 완성한다.
컴포넌트를 회전시키려면
Edit > Rotate clockwise
Edit > Rotate anti-clockwise
컴포넌트의 극성을 바꾸려면
Edit > Reverse

20. Create Winding Component
생성된 V1 컴포넌트를 선택한 후에 좌측 하단에 있는 PropertyGrid 컨트롤에 값을 입력한다.  

21. Create Winding Component
생성된 W1 컴포넌트를 선택한 후에 좌측 하단에 있는 PropertyGrid 컨트롤에 값을 입력한다.  

22. Create Winding Component
생성된 R1 컴포넌트를 선택한 후에 좌측 하단에 있는 PropertyGrid 컨트롤에 값을 입력한다. 
회로가 완성되면
File > Export to Modeller > circuit.comi

23. Hide Cells / Import Circuit
Picking > Pick Cells
Picking > Hide Entity
마우스 커서를 Yoke 위에
위치시켜 위 그림과 같이 모델이
활성화될 때 더블클릭
마우스 커서를 Air_coil 위에
위치시켜 위 그림과 같이 모델이
활성화될 때 더블클릭
File > Command In …
Circuit Editor에서 저장하였던 circuit.comi 파일을 실행

24. Create Coil
Create > Conductor > Solenoid …   

25. Create Coil
Create > Conductor > Solenoid …  

26. Verify / Reverse Current Direction
View > Parts of the Display > Solid View of Model 선택해제
View > Vectors …
만약 전류 방향이 우측 그림과 다르다면
Picking > Pick Conductors
Picking > Pick Entity
수정할 Conductor를 더블클릭
Operations > Modify Conductors > Solenoid …
Source Drives 탭에서 Reverse conductor orientation 을 선택
전류방향 확인 또는 수정을 마치면 Solid를 보기 위해
View > Parts of the Display > Solid View of Model 선택
코일을 확인하기 위해 숨겼던 부분을 다시 보기 위해
View > Default Selection

27. Create Background
Create > Object > Cylinder/Cone … 

28. Assign Cell Properties
Picking > Pick Entities by Property …
yoke 선택하고 Toggle 버튼 클릭후 Close 를 클릭
Picking > Pick Entities by Property …
plunger 선택하고 Toggle 버튼 클릭후 Close 를 클릭    
Properties > Cell Properties …
Properties > Cell Properties …  

29. Assign Cell Properties
Picking > Pick Entities by Property …
air_coil 선택하고 Toggle 버튼 클릭후 Close 를 클릭
Picking > Pick Entities by Property …
airgap 선택하고 Toggle 버튼 클릭후 Close 를 클릭    
Properties > Cell Properties …
Properties > Cell Properties …  

30. Assign Cell Properties
Picking > Pick Entities by Property …
background 선택하고 Toggle 버튼 클릭후 Close 를 클릭  
Properties > Cell Properties … 

31. CARMEN Setting
Model > Analysis Type > CARMEN Motion Analysis
Model > CARMEN Settings…  
Simple time stepping : 0.001초 간격으로 해석을 수행
Logging variables : 로그파일에 저장할 결과들
- TTime : 시간 (COL1)
- w1_i : 솔레노이드(W1)의 전류 (COL2)
- mo_forcez : moving 부분에 작용하는 Z방향의 힘 (COL3)
- mo_shiftz : moving 부분에 작용하는 Z방향의 변위 (COL4)
- mo_speedz : moving 부분에 작용하는 Z방향의 속도 (COL5)
0초부터 0.5초까지 0.005초 간격으로
11개의 시간에 대한 결과만 저장 

32. Model Symmetry  Model > Model Symmetry… 사용자 선택에 의해 부분모델 해석 가능
모델이 작아지면 계산시간↓
본 예제에서는 1/12 부분만 해석

33. Set Material Properties
Model > Set Material Properties…

34. Set BH Curve Properties
Model > Set BH Curve Properties … 
기존의 BH 데이터를 읽어오려면
File > Import …
입력한 BH 데이터를 저장하려면
File > Export …
BH Editor를 닫으려면
File > Close 

35. Set Drive Properties
Model > Set Drive Properties … 

36. Generate Surface / Volume Mesh
Model > Create Model Body
Model Symmetry가 반영됨
Model > Generate Surface Mesh…
Model > Generate Volume Mesh…  

37. Create Analysis Database
Model > Create Analysis Database …  

38. Create Configuration File
Command Files > Command File Editor
Linear motion with acceleration control
Definition of Constants
mass(Kg), spring constant(N/m), damping coefficient(N.s/m)
Maximum/Minimum Stroke (relative value)
File > Save > solenoid_carmen.comi
파일명은 반드시 생성된 DB이름에 _carmen을 붙여야 함

39. Start Analysis & Exit Modeller
Model > Start Analysis …  
해석소요시간
File > Exit

40. Post-Processing

41. Launch Post-Processor
Opera-3d > Start Post-Processor

42. Opera-3d Post-Processor

43. Open Analysis Database
File > Open (Activate+Load)…
solenoid.op3 선택
2: time=0.005 선택
View > Default select and Reflesh 

44. View Analysis Database
메시 구조를 보지 않으려면
View > Parts of Display > Outline View of Model

45. Show Model Symmetry
모델 대칭을 이용하여 결과를 보려면
View > Select … 

46. Flux Density Distribution
View > 3d Display… 

47. Flux Vector
View > 3d Display… 

48. Fields   Fields > Fields at a Point …
Fields > Fields on a Straight Line … 

49. Result of Logging (Current)
File > Graph Data in Text File …

50. Result of Logging (Force)
File > Graph Data in Text File …

51. Result of Logging (Displacement)
File > Graph Data in Text File …

52. Result of Logging (Speed)
File > Graph Data in Text File …

53. Animation

54. Thank You !