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MULTIPHYSICS MODELS FOR ELECTRICAL SYSTEM VIRTUALIZATION

Patrizia LAMBERTI MULTIPHYSICS MODELS FOR ELECTRICAL SYSTEM VIRTUALIZATION

0623300014
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
ELECTRICAL ENGINEERING FOR DIGITAL ENERGY
2024/2025

ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2023
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
432LEZIONE
216ESERCITAZIONE
VINCENZO TUCCI T Curriculum
PATRIZIA LAMBERTI Curriculum
Obiettivi
LE FUNZIONALITÀ AVANZATE DELLA PROGETTAZIONE ASSISTITA AL CALCOLATORE (COMPUTER AIDED DESIGN - CAD) OFFRONO UN'AMPIA GAMMA DI VANTAGGI AGLI INGEGNERI ELETTRICI INTERESSATI ALLO SVILUPPO DI SOLUZIONI INNOVATIVE, DALLA VELOCITÀ ED EFFICIENZA DEL PROCESSO DI PROGETTAZIONE E PROTOTIPIZZAZIONE FINO ALLA REDDITIVITÀ DELLA PRODUZIONE STESSA.
QUESTO CORSO FORNISCE GLI STRUMENTI ESSENZIALI PER LA PROGETTAZIONE E L'OTTIMIZZAZIONE DI DISPOSITIVI ELETTRICI (SINGOLI COMPONENTI E SISTEMI COMPLESSI), CON PARTICOLARE ATTENZIONE ALLE SIMULAZIONI CAD CHE CONSENTONO AGLI INGEGNERI DI TESTARE LE PRESTAZIONI TEORICHE DEI COMPONENTI CHE STANNO MODELLANDO E DI FORNIRE SCHEMI FUNZIONALI ELETTRICI E REPORT DEI PROGETTI FINALI.
LA PRIMA PARTE DEL CORSO FORNISCE UNA PANORAMICA DEI PRINCIPALI FENOMENI FISICI DA TENERE IN CONSIDERAZIONE NELL'ANALISI E NELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI. LA SECONDA PARTE È MIRATA ALLA DESCRIZIONE DI METODI E APPROCCI NUMERICI UTILIZZATI NEI SOFTWARE CAD COMMERCIALI PER REALIZZARE UNA PROGETTAZIONE OTTIMALE DI COMPONENTI E SISTEMI ELETTRICI. LO STUDIO DEI SISTEMI ELETTRICI AVVIENE MEDIANTE L'UTILIZZO DI MODELLI MULTIFISICI E LE TECNICHE DI OTTIMIZZAZIONE INTEGRATE IN CAD COMMERCIALI (AD ESEMPIO COMSOL MULTIPHYSICS, SOLIDWORK ELECTRICAL 3D) FINALIZZATE ALLA VIRTUALIZZAZIONE DI DISPOSITIVI E SISTEMI ELETTRICI, INCLUDENDO MODELLI 3D. LA TERZA PARTE È DEDICATA ALLO SVILUPPO DI UN'APPLICAZIONE ELETTRICA SPECIFICA. GLI STUDENTI SARANNO VALUTATI SULLA BASE DI UN PROGETTO PRATICO REALIZZATO UTILIZZANDO UN CAD ELETTRICO COMMERCIALE.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CONOSCENZA DEI PRINCIPALI FENOMENI FISICI DA TENERE IN CONSIDERAZIONE NELL'ANALISI E NELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI; CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DELL'INFLUENZA DEI PARAMETRI GEOMETRICI E FISICI DI PROGETTO E DELLA LORO VARIABILITÀ SULLE PRESTAZIONI DEL SISTEMA ELETTRICO; CONOSCENZA DEI METODI E DEGLI APPROCCI NUMERICI DI OTTIMIZZAZIONE USATI IN SOFTWARE CAD COMMERCIALI PER L'ANALISI E IL PROGETTO VIRTUALE DI SISTEMI ELETTRICI; CONOSCENZA DELLE MODALITÀ DI REDAZIONE DI UN RAPPORTO TECNICO DI PROGETTO.


CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: CAPACITÀ DI UTILIZZARE MODELLI NUMERICI MULTIFISICI DI SISTEMI ELETTRICI, ANALIZZARE E RIPORTARE TECNICAMENTE I RISULTATI OTTENUTI; CAPACITÀ DI SVILUPPARE SOLUZIONI CAD DI PROBLEMI ELETTROMAGNETICI CLASSICI PER LA VIRTUALIZZAZIONE DEL SISTEMA; CAPACITÀ DI VALUTARE L'EFFETTO DELLA VARIABILITÀ SULLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI E DI MIGLIORARE LE LORO PRESTAZIONI IN UNO SCENARIO MULTIFISICO.
Prerequisiti
LO STUDENTE DEVE CONOSCERE GLI ELEMENTI DI BASE RELATIVI ALL'ELETTROMAGNETISMO E AI SISTEMI E CIRCUITI ELETTRICI.
Contenuti
L’INSEGNAMENTO È COMPOSTO DA UN SINGOLO MODULO (48H) ORGANIZZATO IN 3 UNITÀ DIDATTICHE, DENOMINATE:
1) INTRODUZIONE AI FENOMENI FISICI COINVOLTI NEI SISTEMI ELETTRICI;
2) MODELLI NUMERICI E TECNICHE DI OTTIMIZZAZIONE PER PROBLEMI MULTIFISICI
3) SOLUZIONE CAD PER LA PROGETTAZIONE DI APPLICAZIONI ELETTRICHE E REPORT DI PROGETTO


UNITÀ DIDATTICA 1:
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 12/4/0)
- 1 (2 ORE DI LEZIONE): LEGGI FONDAMENTALI CHE REGOLANO IL COMPORTAMENTO ELETTRICO DI MATERIALI, COMPONENTI E SISTEMI. RICHIAMO SUI CAMPI ELETTROMAGNETICI (EM). SISTEMI STATICI E DINAMICI.
- 2 (2 ORE DI LEZIONE): CAMPI EM DIPENDENTI DAL TEMPO. CAMPI EM IN CORRENTE CONTINUA (CC) O ALTERNATA (CA). EFFETTI TRANSITORI E STRESS NON PERIODICO. TRASFORMATA DI FOURIER E CONTENUTO ARMONICO.
- 3 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): TRASFORMATA DI FOURIER E CONTENUTO ARMONICO DELLE FORME D'ONDA NELLE APPLICAZIONI ELETTRICHE
- 4 (2 ORE DI LEZIONE): FENOMENI FISICI DAL VUOTO ALLA MATERIA CONDENSATA. NON IDEALITÀ DEI MATERIALI. FENOMENO DI ISTERESI
- 5 (2 ORE DI LEZIONE): RICHIAMO SULLA MECCANICA: LEGGI FONDAMENTALI CINEMATICHE E DINAMICHE. ACCOPPIAMENTO DI FENOMENI ELETTRICI E MECCANICI.
- 6 (2 ORE DI LEZIONE): PRINCIPI DI FLUIDODINAMICA. LEGGI FONDAMENTALI CHE REGOLANO IL COMPORTAMENTO TERMICO DI MATERIALI, COMPONENTI E SISTEMI.
- 7 (2 ORE DI LEZIONE): ACCOPPIAMENTO DI FENOMENI ELETTRICI E TERMICI. EFFETTO JOULE.
- 8 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): VALUTAZIONE DELLE PERDITE DOVUTE ALL'EFFETTO JOULE. PERDITE PER ISTERESI.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CONOSCENZA DEI PRINCIPALI FENOMENI FISICI DA TENERE IN CONSIDERAZIONE NELL'ANALISI E NELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: CAPACITÀ DI VALUTARE L'EFFETTO DELLA VARIABILITÀ SULLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI E DI MIGLIORARNE LE PRESTAZIONI IN UNO SCENARIO MULTIFISICO.

UNITÀ DIDATTICA 2:
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 10/6/0)
- 9 (2 ORE DI LEZIONE): INTRODUZIONE ALLA PROTOTIPAZIONE VIRTUALE. PANORAMICA SULLA MODELLAZIONE NUMERICA DEL PROBLEMA ELETTROMAGNETICO.
- 10 (2 ORE DI LEZIONE): L'APPROCCIO DEL METODO DEGLI ELEMENTI FINITI (FEM).
- 11 (2 ORE DI LEZIONE): LA SOLUZIONE DI PROBLEMI MULTIFISICI TRAMITE L'APPROCCIO FEM.
- 12 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): MODELLAZIONE DI COMPONENTI ELETTRICI ED ELETTRONICI DI BASE TRAMITE FEM.
- 13 (2 ORE DI LEZIONE): MODELLAZIONE IN PRESENZA DI INCERTEZZA E NON IDEALITÀ COME ISTERESI DEI MATERIALI O FENOMENI PARASSITI.
- 14 (2 ORE DI LEZIONE): TECNICHE DI PROGETTAZIONE E OTTIMIZZAZIONE NEL SOFTWARE CAD COMMERCIALE. SOLUZIONE NOMINALE E ANALISI DI SENSIBILITÀ.
- 15 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): ESEMPI DI SOLUZIONE NOMINALE TRAMITE PROGETTAZIONE VIRTUALE.
- 16 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): ESEMPI DI ANALISI DI SENSIBILITÀ DI SISTEMI ELETTRICI IN UNO SCENARIO MULTIFISICO.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CAPACITÀ DI COMPRENDERE L'INFLUENZA DEI PARAMETRI DI PROGETTAZIONE GEOMETRICI E FISICI E DELLA LORO VARIABILITÀ SULLE PRESTAZIONI DEL SISTEMA ELETTRICO; CONOSCENZA DEI METODI E DEGLI APPROCCI DI OTTIMIZZAZIONE NUMERICA PER L'ANALISI E LA PROGETTAZIONE VIRTUALE DI SISTEMI ELETTRICI.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: CAPACITÀ DI SVILUPPARE SOLUZIONI CAD DI PROBLEMI ELETTROMAGNETICI CLASSICI PER LA VIRTUALIZZAZIONE DEL SISTEMA; CAPACITÀ DI VALUTARE L'EFFETTO DELLA VARIABILITÀ SULLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI E DI MIGLIORARNE LE PRESTAZIONI IN UNO SCENARIO MULTIFISICO.

UNITÀ DIDATTICA 3:
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 10/6/0)
- 17 (2 ORE DI LEZIONE): PROGETTAZIONE NOMINALE DI UN SISTEMA ELETTRICO UTILIZZANDO COMSOL MULTIPHYSICS. REQUISITI MINIMI E PRESTAZIONI.
- 18 (2 ORE DI LEZIONE): IMPOSTAZIONE DI GEOMETRIA, MATERIALE E FISICA. VALUTAZIONE DELLA SOLUZIONE STAZIONARIA.
- 19 (2 ORE DI LEZIONE): ACCOPPIAMENTO DELLA FISICA CHE INFLUENZA IL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA ELETTRICO
- 20 (2 ORE DI LEZIONE): VALUTAZIONE DELLA SOLUZIONE TRANSITORIA E DEL DOMINIO DELLA FREQUENZA. ANALISI MULTIFISICA
- 21 (2 ORE DI LEZIONE): PANORAMICA SULLO STANDARD DI QUALITÀ. RAPPORTO TECNICO DI PROGETTO SECONDO LO STANDARD DI QUALITÀ.
- 22 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): ASSEGNAZIONE DEL PROGETTO FINALE E IMPOSTAZIONE DEI REQUISITI MINIMI
- 23 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): IMPOSTAZIONE DEL PROBLEMA MULTIFISICO NEL PROGETTO FINALE
- 24 (2 ORE DI ESERCITAZIONE): ANALISI DEI RISULTATI E REPORTING PER IL PROGETTO FINALE
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CONOSCENZA DEI METODI E DEGLI APPROCCI DI OTTIMIZZAZIONE NUMERICA UTILIZZATI NEI SOFTWARE CAD COMMERCIALI PER L'ANALISI E LA PROGETTAZIONE VIRTUALE DI SISTEMI ELETTRICI; CONOSCENZA DEI METODI PER LA STESURA DI UN RAPPORTO TECNICO DI PROGETTO.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: CAPACITÀ DI UTILIZZARE MODELLI NUMERICI MULTIFISICI DI SISTEMI ELETTRICI, ANALIZZARE E REDIGERE UN RAPPORTO TECNICO SUI RISULTATI OTTENUTI; CAPACITÀ DI SVILUPPARE SOLUZIONI CAD DI PROBLEMI ELETTROMAGNETICI PER LA VIRTUALIZZAZIONE DEL SISTEMA.


TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 32/16/0
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO PREVEDE 48 ORE DI LEZIONE (6CFU) RIPARTITI FRA 32 ORE DI LEZIONE IN AULA (4CFU) E 16 ORE DI ESERCITAZIONE (2CFU).
LE LEZIONI FRONTALI CONSENTIRANNO ALLO STUDENTE DI ACQUISIRE LE CONOSCENZE TEORICHE E PRATICHE. LE ESERCITAZIONI CONSENTIRANNO ALLO STUDENTE DI SVILUPPARE LE CAPACITÀ DI APPLICARE LA TEORIA. L’INSEGNAMENTO PREVEDE ANCHE LO SVILUPPO DI UN ELABORATO INDIVIDUALE FINALIZZATO ALL’ACQUISIZIONE DELLE CAPACITÀ DI PROGETTAZIONE E OTTIMIZZAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI MEDIANTE SIMULAZIONI CAD MUTIFISICO.
Verifica dell'apprendimento
IL LIVELLO DI RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO E’ CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME AL TERMINE DELL'INSEGNAMENTO (DURATA: CIRCA 30 MINUTI). LA VERIFICA PREVEDE LO SVILUPPO E LA DISCUSSIONE DI UN ELABORATO CHE ILLUSTRI, MEDIANTE UNA PRESENTAZIONE DI 20 MINUTI E SUCCESSIVA DISCUSSIONE DI 10 MINUTI, LA SOLUZIONE DEL PROBLEMA INGEGNERISTICO PROPOSTO E IMPOSTATO DURANTE LE ORE DI ESERCITAZIONE.
L’ESAME CONSISTE IN PARTICOLARE NELLA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO PRATICO SVILUPPATO UTILIZZANDO IL PROGRAMMA CAD ELETTRICO FORNITO (PESO 0.5 SUL VOTO FINALE E VOLTO ALLA VERIFICA DELLA CAPACITÀ DI PROGETTARE), NELLA STESURA DI UN REPORT TECNICO RELATIVO AL PROGETTO (PESO 0.1 SUL VOTO FINALE E VOLTO ALLA VERIFICA DELLA CAPACITÀ DI RELAZIONARE IN MANIERA TECNICA) E NELL'ESPOSIZIONE ORALE DELLO STESSO (PESO 0.4 SUL VOTO FINALE E VOLTA ALLA VERIFICA DELLA CAPACITÀ DI PRESENTARE EFFICACEMENTE IL PROGETTO SVILUPPATO E DISCUTERNE CRITICAMENTE GLI ASPETTI SALIENTI). IL PUNTEGGIO DELL'ESAME DIPENDE DAL GRADO DI APPROFONDIMENTO DELL’ELABORATO, DALLA CAPACITÀ DELLO STUDENTE DI PRESENTARNE EFFICACEMENTE I CONTENUTI SIA IN FORMA SCRITTA CHE IN FORMA ORALE, E DALLA CAPACITÀ DI DISCUTERE CRITICAMENTE GLI ARGOMENTI ILLUSTRATI.
IL PUNTEGGIO MINIMO PREVEDE LA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO CHE AFFRONTI LA SOLUZIONE DELLE SPECIFICHE MINIME ASSEGNATE, LA STESURA DI UN REPORT CHE RIPORTI GLI ELEMENTI ESSENZIALI DI UN RAPPORTO TECNICO SECONDO NORME DI QUALITÀ E LA DISCUSSIONE DEL PROGETTO STESSO CON LA DEFINIZIONE DEGLI ELEMENTI MINIMI E LE CRITICITÀ EMERSE.
IL PUNTEGGIO MASSIMO È RAGGIUNTO QUANDO LO STUDENTE REALIZZA UN PROGETTO CHE RISPETTI LE SPECIFICHE MINIME ASSEGNATE, PREDISPONE E CONSEGNA UN REPORT TECNICO COMPLETO DEGLI ELEMENTI DESCRITTIVI NECESSARI SECONDO NORME DI QUALITÀ, E DISCUTE ORALMENTE IN MANIERA EFFICACE E CRITICA IL PROGETTO STESSO.
L’ECCELLENZA RICHIEDE IL RISPETTO DEI REQUISITI VALIDI PER IL PUNTEGGIO MASSIMO E LA DIMOSTRAZIONE DI SAPER ANDARE EFFICACEMENTE OLTRE LE SPECIFICHE MINIME IMPOSTE. IL VOTO FINALE È IN TRENTESIMI E RISULTERÀ DALLA MEDIA PESATA DEI TRE ELEMENTI DI VALUTAZIONE.
Testi
E. M. DEDE ET AL., MULTIPHYSICS SIMULATION, SIMULATION FOUNDATIONS, METHODS AND APPLICATIONS, DOI: 10.1007/978-1-4471-5640-6, © SPRINGER-VERLAG LONDON 2014
MULTIPHYSICS MODELING: NUMERICAL METHODS AND ENGINEERING APPLICATIONS, BY QUN ZHANG, SONG CEN, TSINGHUA UNIVERSITY PRESS, 1ST EDITION - DECEMBER 15, 2015

MULTIPHYSICS MODELING USING COMSOL 5 AND MATLAB, BY ROGER W. PRYOR, MERCURY LEARNING AND INFORMATION; HAR/DVD EDITION (SEPTEMBER 15, 2015)


MATERIALE DIDATTICO INTEGRATIVO SARÀ DISPONIBILE NELLA SEZIONE DEDICATA DELL'INSEGNAMENTO ALL'INTERNO DELLA PIATTAFORMA E-LEARNING DI ATENEO (HTTP://ELEARNING.UNISA.IT) ACCESSIBILE AGLI STUDENTI DEL CORSO TRAMITE LE CREDENZIALI UNICHE DI ATENEO.
Altre Informazioni
L'INSEGNAMENTO E' EROGATO IN INGLESE.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-29]