“來自Alex Shvartzkop在KiCon Asia 2024的精彩分享！KiCad XAO 到 ELmer FEM”

FEM/FEA/FDTD 簡介

FEM (Finite Element Method)：適用于無時間依賴或純諧波時間依賴的線性介質(zhì)系統(tǒng)。

FDTD (Finite-differences-time domain)是解決具有時間依賴的電磁問題的常用計算方法。

FEA (Finite Element Analysis) 是基于有限元方法(FEM)進(jìn)行物體行為預(yù)測的過程。

FEM 工具包括：Elmer、FEniCS、FreeFEM 等。

FDTD 工具包括：OpenEMS, Meep, gprMax 等。

不同方法的 Mesh 類型

網(wǎng)格類型概覽可參考： https://jcmwave.com/company/blog/item/1049-fem-for-nano-optics-simulations

現(xiàn)有工作流程概覽

舊流程：

KiCad (.step) -> FreeCad (.step) -> SALOME (.unv) -> Elmer (.vtk) -> ParaView

FreeCad plugin -> OpenEMS -> …

當(dāng)前流程：

KiCad (.xao) -> SALOME (.unv) -> Elmer (.vtk) -> ParaView

KiCad (.xao) -> Gmsh (.unv) -> Elmer (.vtk) -> ParaView

KiCad (.stl) -> OpenEMS-> ...

2D simulators(nikfemm)

當(dāng)前方法的問題

需要手動制作輸入/輸出端口的幾何形狀。

需要指定輸入/輸出端口的面。

STEP格式導(dǎo)出/導(dǎo)入可能較慢。

如何確定電流密度參數(shù)的面面積？

XAO 文件格式的作用

包含OCC技術(shù)開發(fā)的BRep（邊界表示）。

基于XML。

包含焊盤定義。

在SALOME中作為“面組”導(dǎo)入，在Gmsh中作為“物理組”導(dǎo)入。

網(wǎng)格化后，Elmer識別焊盤邊界。

KiCad 到 Elmer 工作流程

KiCad以.xao格式導(dǎo)出，包含焊盤定義，并提供表面積。

使用SALOME轉(zhuǎn)換為.unv網(wǎng)格。

也可以在最新Gmsh版本中完成。

在Elmer中打開.unv文件，看到焊盤表面作為不同的邊界。

可以使用KiCad打印的表面積定義邊界條件。

還可以生成Elmer腳本文件。

KiCad到 OpenEMS 工作流程

KiCad 9支持STL和PLY導(dǎo)出，可以導(dǎo)入到OpenEMS。

需要手動指定輸入/輸出端口。

需要手動添加邊界條件（例如，使用腳本）。

FreeCad擴(kuò)展。

參考資料

如何在開源軟件中模擬PCB（https://www.youtube.com/watch?v=hNHTwpeg）

更多視頻教程（https://www.youtube.com/@panire3）