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Numerical Approximation of the Magnetoquasistatic Model with Uncertainties and its Application to Magnet Design

Römer, Ulrich (2015)
Numerical Approximation of the Magnetoquasistatic Model with Uncertainties and its Application to Magnet Design.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

This work addresses the magnetoquasistatic approximation of Maxwell’s equations with uncertainties in material data, shape and current sources, originating, e.g., from manufacturing imperfections. Well-established numerical schemes for the deterministic model are recalled. A parametric/stochastic model is established on the partial differential equation level and its differentiability is analyzed. Sensitivity analysis techniques are at the core of the uncertainty propagation methods discussed afterwards. Schemes for propagating both probabilistic and nonprobabilistic uncertain inputs as well as techniques for dimension reduction are addressed and compared. The findings are illustrated by simple numerical and real world examples with emphasis on accelerator magnet design using open source, in-house and commercial software.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2015
Autor(en): Römer, Ulrich
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Numerical Approximation of the Magnetoquasistatic Model with Uncertainties and its Application to Magnet Design
Sprache: Englisch
Referenten: Weiland, Prof. Dr. Thomas ; Ulbrich, Prof. Dr. Stefan ; Sebastian, Prof. Dr. Schöps
Publikationsjahr: 2015
Ort: Darmstadt
Datum der mündlichen Prüfung: 13 Februar 2015
URL / URN: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/4950
Kurzbeschreibung (Abstract):

This work addresses the magnetoquasistatic approximation of Maxwell’s equations with uncertainties in material data, shape and current sources, originating, e.g., from manufacturing imperfections. Well-established numerical schemes for the deterministic model are recalled. A parametric/stochastic model is established on the partial differential equation level and its differentiability is analyzed. Sensitivity analysis techniques are at the core of the uncertainty propagation methods discussed afterwards. Schemes for propagating both probabilistic and nonprobabilistic uncertain inputs as well as techniques for dimension reduction are addressed and compared. The findings are illustrated by simple numerical and real world examples with emphasis on accelerator magnet design using open source, in-house and commercial software.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Gegenstand dieser Arbeit ist die magnetoquasistatische Approximation der Maxwell-Gleichungen unter Einbeziehung von, bspw. fertigungsbedingten, Unsicherheiten in Materialdaten, der Geometrie und der Stromanregung. Zunächst werden etablierte numerische Verfahren für das deterministische Modell vorgestellt. Anschließend wird ein parametrisch/stochastisches Modell, basierend auf partiellen Differentialgleichungen hergeleitet und analysiert. Der zentrale Bestandteil dieser Arbeit sind Verfahren zur Sensitivitätsanalyse und darauf basierende Methoden zur Quantifizierung von Unsicherheiten. Dabei werden stochastische und deterministische Eingangsparameter sowie Verfahren zur Dimensionsreduktion diskutiert und verglichen. Die Resultate werden anhand von einfachen numerischen Benchmarks, sowie von realistischen Beispielen aus dem Magnetdesign unter Verwendung von Open-Source, eigener und kommerzieller Software illustriert.

Deutsch
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-49504
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder (ab 01.01.2019 umbenannt in Institut für Teilchenbeschleunigung und Theorie Elektromagnetische Felder)
Hinterlegungsdatum: 04 Okt 2015 19:55
Letzte Änderung: 04 Okt 2015 19:55
PPN:
Referenten: Weiland, Prof. Dr. Thomas ; Ulbrich, Prof. Dr. Stefan ; Sebastian, Prof. Dr. Schöps
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 13 Februar 2015
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