<p>This thesis investigates simulation of synchronous machines using a novel Magnetic Equivalent Circuit (MEC) model. The proposed model offers sufficient detail richness for design calculations, while still keeping the simulation time acceptably short.</p><p>Different modeling methods and circuit alternatives are considered. The selected approach is a combination of several previous methods added with some new features. A detailed description of the new model is given. The flux derivative is chosen as the magnetic flow variable which enables a description with standard circuit elements. The model is implemented in dq-coordinates to reduce complexity and simulation time. A new method to reflect winding harmonics is introduced.</p><p>Extensive measurements have been made to estimate the traditional dq-model parameters. These in combination with analytical calculations are used to determine the parameters for the new MEC model.</p><p>The model is implemented using the Dymola simulation program. The results are evaluated by comparison with measurements and FEM simulations. Three different operation cases are investigated; synchronous operation, asynchronous start and inverter fed operation. The agreement with measurements and FEM simulations varies, but it is believed that it can be improved by more work on the parameter determination.</p><p>The overall conclusion is that the MEC method is a useful approach for detailed simulation of synchronous machines. It enables proper modeling of magnetic saturation, and promises sufficiently detailed results to enable accurate loss calculations. However, the experience is that the complexity of the circuits should be kept at a reasonable low level. It is believed that the practical problems with model structure, parameter determination and the simulation itself will otherwise be difficult to master.</p>

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine weitestgehend allgemeine Beschreibung einer Herangehensweise für Auswertung und Interpretation von mechanischen Versuchen an Boden zu ermöglichen. Dafür werden Parameter eingeführt und vorgestellt, die das Verhalten des Bodens zustandsunabhängig beschreiben, wobei der Bodenzustand durch die Spannung und die Dichte (Porenzahl e) definiert ist. Zu Beginn wird das typische Bodenverhalten und die Standardauswertung in Kompressions- und Scherversuchen beleuchtet. Bei gezeigten Beispielauswertungen können die Scherparameter φ ‘ und c' nicht eindeutig bestimmt werden. Um eine Grundlage für die fortgeschrittene Auswertung zu schaffen, werden Referenzzustände eingeführt. Die Betrachtung der Referenzzustände bringt den Vorteil, dass die genutzten Bodenparameter unabhängig von Ausgangsspannung und -dichte der untersuchten Proben sind. Weiterhin wird das prinzipielle Bodenverhalten in Relation zu den Referenzzuständen beschrieben. Basierend auf den eingeführten Referenzzuständen wird ein Auswertekonzept vorgestellt. In diesem werden mit Hilfe von Spannungsnormierungen Einflüsse aus Spannung und Dichte auf die Versuchsergebnisse zusammengefasst. Die am Anfang beschriebenen Beispielauswertungen werden über das eingeführte Auswertekonzept näher betrachtet. Für eine Bewertung von Scherversuchen werden Vorschläge für Bewertungskriterien, basierend auf dem zuvor beschriebenen Konzept, gegeben. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Kriterien können einzelne Teilversuche identifiziert werden, welche bei der Bestimmung der Scherparameter nicht mit berücksichtigt werden sollten. Dies wird an einem der Beispielböden verdeutlicht. Zuletzt sind mögliche Fehleinschätzungen des Bodenverhaltens bei der Auswertung von Laborversuchen beschrieben. Daraus abgeleitet ergeben sich Unterschiede in den abgeleiteten Spannungen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine weitestgehend allgemeine Beschreibung einer Herangehensweise für Auswertung und Interpretation von mechanischen Versuchen an Boden zu ermöglichen. Dafür werden Parameter eingeführt und vorgestellt, die das Verhalten des Bodens zustandsunabhängig beschreiben, wobei der Bodenzustand durch die Spannung und die Dichte (Porenzahl e) definiert ist. Zu Beginn wird das typische Bodenverhalten und die Standardauswertung in Kompressions- und Scherversuchen beleuchtet. Bei gezeigten Beispielauswertungen können die Scherparameter φ ‘ und c' nicht eindeutig bestimmt werden. Um eine Grundlage für die fortgeschrittene Auswertung zu schaffen, werden Referenzzustände eingeführt. Die Betrachtung der Referenzzustände bringt den Vorteil, dass die genutzten Bodenparameter unabhängig von Ausgangsspannung und -dichte der untersuchten Proben sind. Weiterhin wird das prinzipielle Bodenverhalten in Relation zu den Referenzzuständen beschrieben. Basierend auf den eingeführten Referenzzuständen wird ein Auswertekonzept vorgestellt. In diesem werden mit Hilfe von Spannungsnormierungen Einflüsse aus Spannung und Dichte auf die Versuchsergebnisse zusammengefasst. Die am Anfang beschriebenen Beispielauswertungen werden über das eingeführte Auswertekonzept näher betrachtet. Für eine Bewertung von Scherversuchen werden Vorschläge für Bewertungskriterien, basierend auf dem zuvor beschriebenen Konzept, gegeben. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Kriterien können einzelne Teilversuche identifiziert werden, welche bei der Bestimmung der Scherparameter nicht mit berücksichtigt werden sollten. Dies wird an einem der Beispielböden verdeutlicht. Zuletzt sind mögliche Fehleinschätzungen des Bodenverhaltens bei der Auswertung von Laborversuchen beschrieben. Daraus abgeleitet ergeben sich Unterschiede in den abgeleiteten Spannungen.

Constitutive modeling is a method that is useful in providing precise predictions of material response in components subjected to a variety of operating conditions. A process for optimizing the material constants of the Miller constitutive model for uniaxial modeling was developed and implemented in an automated optimization routine. Generally, up to twenty experiments simulating a range of conditions are needed to identify the material parameters for the model. The research sought to minimize the amount of empirical data that is necessary for optimization, aiming to reduce the costs and time necessary to carry out this procedure for more expensive classes of materials. The ultimate goal was to develop a robust method for determining the material constants of a viscoplastic model using a minimum amount of experimental data. An automated optimization routine was implemented into a program, referred to as uSHARP, developed as part of the research to determine constitutive model parameters. Central to the method was the use of more complex stress, strain, and temperature histories than are traditionally used, allowing for the effects of all material parameters to be captured using as few tests as possible. By carrying out successive finite element simulations and comparing the results to simulated experimental test data, the material constants were determined from 75% fewer experiments. By reducing monetary costs and time required, this procedure will allow for a more widespread application of advanced constitutive models in industry, allowing for better life prediction modeling of critical components in high temperature applications.

This thesis investigates simulation of synchronous machines using a novel Magnetic Equivalent Circuit (MEC) model. The proposed model offers sufficient detail richness for design calculations, while still keeping the simulation time acceptably short. Different modeling methods and circuit alternatives are considered. The selected approach is a combination of several previous methods added with some new features. A detailed description of the new model is given. The flux derivative is chosen as the magnetic flow variable which enables a description with standard circuit elements. The model is implemented in dq-coordinates to reduce complexity and simulation time. A new method to reflect winding harmonics is introduced. Extensive measurements have been made to estimate the traditional dq-model parameters. These in combination with analytical calculations are used to determine the parameters for the new MEC model. The model is implemented using the Dymola simulation program. The results are evaluated by comparison with measurements and FEM simulations. Three different operation cases are investigated; synchronous operation, asynchronous start and inverter fed operation. The agreement with measurements and FEM simulations varies, but it is believed that it can be improved by more work on the parameter determination. The overall conclusion is that the MEC method is a useful approach for detailed simulation of synchronous machines. It enables proper modeling of magnetic saturation, and promises sufficiently detailed results to enable accurate loss calculations. However, the experience is that the complexity of the circuits should be kept at a reasonable low level. It is believed that the practical problems with model structure, parameter determination and the simulation itself will otherwise be difficult to master.

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