微波管电子光学系统网格划分软件的设计与实现

发布时间：2020-11-16 00:11

　　 随着计算机硬件制造、软件技术和数值模拟方法的快速发展,计算机辅助设计(CAD Computer-Aided Design)技术已经成为一种应用于工业设计和制造的高效的生产手段,可以有效地提高生产效率、降低制造成本和极大地压缩设计时间。其中有限元方法因具有良好的边界逼近和系统化的数据处理过程,被广泛应用于各种工业设计CAD软件中。而有限元方法前处理部分的核心是有限元网格划分,网格划分结果的质量直接决定了有限元仿真计算结果的准确性。本文基于微波管中电子光学系统有限元数值求解对网格划分的迫切需求,对有限元网格划分技术进行了研究,力图获得一种可用的、准确的网格划分结果。为此,本文在前人研究的基础上,研究了开源网格划分软件Netgen的建模和网格划分部分的理论和实现方法,在Microsoft Visual Studio 2010开发平台下使用C++对Netgen进行了二次开发,得到了可以应用到实际工程计算的电子光学系统有限元网格划分数据,并编制了二维及三维的静电场有限元软件对该网格划分结果进行了有限元的数值求解,验证了网格划分的准确性。本文所做的工作主要包括以下几个方面:1、为了解决网格划分前的建模问题,研究了基于体构造的CSG(constructive solid geometry)方法的基本理论和建模方法。成功实现了基于CSG方法的脚本语言建模,实现了模型的媒质属性、边界条件的施加,同时构建了外部导入STL格式的模型数据和网格划分程序之间的数据接口。实现了通过建模脚本语言修改网格参数的功能,保证了软件可用于对电子光学系统中电子枪和收集极进行有效建模。2、深入研究了Netgen网格划分理论,给出了网格划分算法的步骤,并研究了网格划分的关键数据存储结构。实现了网格的全局加密、局部加密、指定媒质区域的加密。构建了网格数据的导出接口,把数据以适应有限元分析的形式进行了导出,保证了网格划分的结果可用于电子光学系统的有限元数值求解。3、采用脚本语言对微波管电子枪结构和收集极结构进行了建模,采用Netgen进行了网格划分,并用编制的静电场有限元数值求解代码求解了电位及电场强度分布,结果表明对Netgen的二次开发得到的网格数据结果可用于后期的微波管电子光学系统的数值求解。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.72;TB115;TP311.52
【部分图文】：

图 1-1 电子枪图 1-2 收集级构的有限元分析不同的是，微波管电子光学系料众多，因此建立微波管电子光学系统的有限量，而且因为其几何结构的复杂性造成网格划波管电子光学系统的有限元前处理（建模及网题。

图 1-2 收集级单结构的有限元分析不同的是，微波管电子光学系统结，材料众多，因此建立微波管电子光学系统的有限元计工作量，而且因为其几何结构的复杂性造成网格划分的的微波管电子光学系统的有限元前处理（建模及网格划究课题。题研究目的和意义处理的关键是网格划分，网格划分也相对限制了建模的划分软件均只能对某些格式的模型进行网格划分。国外丰富的经验，国内虽然有学者在做，但是相对可用的软解方法的团队由于没有合适的网格划分软件，而只能对，无法求解实际的复杂模型，这严重限制了我国数值求电子光学系统本身很复杂，例如模型结构复杂，媒质众

网格划分整体流程图
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本文编号：2885376