Modelli numerici innovativi per la simulazione di sistemi elettromagnetici dinamici

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Il progetto di ricerca, in prosecuzione di quello in corso, approvato nel 2004, si propone di impiegare un metodo numerico mesh-free avanzato di tipo particellare per la simulazione di sistemi elettromagnetici dinamici. L’obiettivo è quello di ottenere un processo computazionale efficiente sia in fase di analisi che in fase di sintesi in presenza di geometrie complesse ed irregolari, superando l’uso di griglie computazionali dense basate su eventuali sottogriglie sovrapposte come nel caso dei metodi classici. L’obiettivo è quello di ottenere soluzioni numeriche accurate e stabili per sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali o per equazioni di tipo integrale con le assegnate condizioni iniziali ed al contorno, i quali intervengono tipicamente nella modellizzazione di sistemi elettromagnetici, mediante l’introduzione di un set di particelle disposte arbitrariamente nel dominio del problema. Basandosi sulle procedure del metodo “smoothed particle hydrodynamics”, impiegato in idrodinamica, è stata già messa a punto dai componenti il gruppo di ricerca una nuova formulazione per risolvere numericamente le equazioni differenziali di Maxwell con le assegnate condizioni iniziali ed al contorno. In tale formulazione, denominata "smoothed particle electromagnetics" (SPEM), le particelle vengono considerate come punti fissi di interpolazione spaziale per le variabili di campo. Uno schema esplicito alle differenze finite consente di ottenere la discretizzazione temporale. Il metodo SPEM è stato già sviluppato nella formulazione mono- e bi- dimensionale. I risultati ottenuti su casi canonici ed il confronto effettuato con il metodo delle differenze finite nel dominio del tempo, consentono di evidenziare l’elevata flessibilità del metodo e la sua maggiore efficienza computazionale rispetto ai metodi tradizionali basati su griglia. Il metodo SPEM ha natura intrinsecamente adattativa, ed il suo impiego in ambito elettromagnetico riveste carattere di originalità nella letteratura scientifica di riferimento. Obiettivo finale del progetto è quello di sviluppare un codice di simulazione robusto ed efficiente anche nel caso generale tridimensionale. In particolare saranno affrontati i problemi computazionali relativi al ripristino della consistenza del metodo: tale aspetto è strettamente connesso con la distribuzione delle particelle e può essere risolto utilizzando diversi approcci. Tali approcci hanno dato già buoni risultati nei casi 1d e 2D.

Layman's description

La ricerca si propone di impiegare metodi numerici innovativi nel campo dell’analisi elettromagnetica dinamica, per l’analisi di sistemi elettromagnetici avanzati per la tecnologia dell’informazione e delle telecomunicazioni con particolare riferimento alla compatibilità elettromagnetica. L’idea è quella di utilizzare algoritmi basati su metodi particellari meshfree (MPM). Questi ultimi si prestano alla simulazione di sistemi caratterizzati da elevato grado di disomogeneità ed irregolarità geometrica senza il vincolo di una griglia computazionale rigida e predefinita. Relativamente a tali metodi non esiste riscontro nella letteratura scientifica di riferimento circa l’implementazione in ambito elettromagnetico. In particolare si fa riferimento al metodo "Smoothed Particle Hydroydnamics" (SPH) impiegato con successo in problemi sia di tipo euleriano che lagrangiano sia nell'ambito delle interazioni tra corpi celesti che in idrodinamica. E’ stata già messa a punto dai componenti il gruppo di ricerca una nuova formulazione per risolvere numericamente le equazioni differenziali di Maxwell con le assegnate condizioni iniziali ed al contorno. In tale formulazione, denominata "smoothed particle electromagnetics" (SPEM), le particelle vengono considerate come punti fissi di interpolazione spaziale per le variabili di campo. Uno schema esplicito alle differenze finite consente di ottenere la discretizzazione temporale. Le funzioni di campo e le loro derivate spaziali vengono approssimate mediante un integrale interpolante, impiegando un’opportuna funzione "kernel" (kernel approximation). Un insieme di particelle considerate come punti di interpolazione nel dominio del problema consente di ottenere la forma discretizzata del modello da impiegare per l'approssimazione spaziale (particle approximation). Tale approssimazione è intrinsecamente auto-adattativa dato che può essere rimodulata ad ogni passo temporale di integrazione, in base ai valori assunti da opportuni indicatori di precisione dell'approssimazione. Il metodo SPEM è stato già sviluppato nella formulazione mono- e bi- dimensionale. Obiettivo finale del progetto è quello di sviluppare un codice di simulazione robusto ed efficiente anche nel caso generale tridimensionale. In particolare saranno affrontati i problemi computazionali relativi al ripristino della consistenza del metodo: tale aspetto è strettamente connesso con la distribuzione delle particelle e può essere risolto utilizzando diversi approcci. Tali approcci hanno dato già buoni risultati nei casi 1d e 2D. Il metodo SPEM, messo a punto dai componenti il gruppo di ricerca, viene impiegato per risolvere numericamente le equazioni differenziali di Maxwell con le assegnate condizioni iniziali ed al contorno. Le funzioni di campo e le loro derivate spaziali vengono approssimate mediante un integrale interpolante, impiegando un’opportuna funzione "kernel" (kernel approximation). Tale funzione deve soddisfare opportune proprietà per essere efficacemente impiegata all’interno dell’integrale interpolante Un insieme di particelle considerate come punti di interpolazione nel dominio del problema consente di ottenere la forma discretizzata del modello da impiegare per l'approssimazione spaziale (particle approximation). Tale approssimazione è intrinsecamente auto-adattativa dato che può essere rimodulata ad ogni passo temporale di integrazione, in base ai valori assunti da opportuni indicatori di precisione dell'approssimazione. L'integrazione temporale viene affrontata mediante uno schema esplicito alle differenze finite del tipo di quello impiegato nel metodo classico delle differenze finite nel dominio del tempo (FDTD).
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/06 → …

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.