KiCon演讲回顾（五）：电磁仿真新流程：KiCad XAO 到 Elmer FEM

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

    FEM/FEA/FDTD 简介

FEM (Finite Element Method)：适用于无时间依赖或纯谐波时间依赖的线性介质系统。

FDTD (Finite-differences-time domain)是解决具有时间依赖的电磁问题的常用计算方法。

FEA (Finite Element Analysis) 是基于有限元方法(FEM)进行物体行为预测的过程。

FEM 工具包括：Elmer、FEniCS、FreeFEM 等。

FDTD 工具包括：OpenEMS, Meep, gprMax 等。

不同方法的 Mesh 类型

网格类型概览可参考： https://jcmwave.com/company/blog/item/1049-fem-for-nano-optics-simulations

现有工作流程概览

旧流程：

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

FreeCad plugin -> OpenEMS -> …

当前流程：

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

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

KiCad (.stl) -> OpenEMS -> ...

2D simulators (nikfemm)

当前方法的问题

需要手动制作输入/输出端口的几何形状。

需要指定输入/输出端口的面。

STEP格式导出/导入可能较慢。

如何确定电流密度参数的面面积？

XAO 文件格式的作用

包含OCC技术开发的BRep（边界表示）。

基于XML。

包含焊盘定义。

在SALOME中作为“面组”导入，在Gmsh中作为“物理组”导入。

网格化后，Elmer识别焊盘边界。

KiCad 到 Elmer 工作流程

KiCad以.xao格式导出，包含焊盘定义，并提供表面积。

使用SALOME转换为.unv网格。

也可以在最新Gmsh版本中完成。

在Elmer中打开.unv文件，看到焊盘表面作为不同的边界。

可以使用KiCad打印的表面积定义边界条件。

还可以生成Elmer脚本文件。

KiCad 到 OpenEMS 工作流程

KiCad 9支持STL和PLY导出，可以导入到OpenEMS。

需要手动指定输入/输出端口。

需要手动添加边界条件（例如，使用脚本）。

FreeCad扩展。

参考资料

如何在开源软件中模拟PCB（https://www.youtube.com/watch?v=hNHTwpeg）

更多视频教程（https://www.youtube.com/@panire3）