基于单一剖分网格的电机磁—热耦合有限元程序设计与仿真分析

发布时间：2017-08-12 17:08

  本文关键词：基于单一剖分网格的电机磁—热耦合有限元程序设计与仿真分析

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【摘要】：近年来,随着电机应用领域的不断延伸及制造业的不断发展,热分析已经成为电机设计过程中影响到系统运行可靠性的关键因素。当前,生产厂商与研发机构多采用有限元商业软件来进行磁-热耦合计算,进而求解电机温度场分布。但是在商业软件使用过程中,还是存在运算时间长、计算资源占用多、部分功能无法自定义、软件自身维护和扩充难等问题。因此,寻求新的程序架构,优化程序设计方法,以解决耦合场有限元程序面临的诸多问题,已变得十分迫切。为了解决以上问题,进一步提高基于有限元法的耦合物理场求解的效率,本文基于C++编程语言实现了面向对象技术在有限元程序设计中的应用,同时提出了一种基于单一剖分网格模型的磁-热耦合有限元分析方法。该方法的优点就是实现了单个单元内的磁一热计算结果传递,避免了耦合过程中数据传递和网格重构带来的误差。另外,在求解非线性场和暂态场的迭代计算过程中,本文还提出了基于主从节点法的程序优化方法,在满足计算精度的同时减少计算复杂度和所需时间。最后本文还利用Maxwell和Workbench进行了磁-热耦合分析联合仿真,与本文程序仿真计算的结果进行对比,进一步验证了程序设计的可行性与有效性。
【关键词】：磁-热耦合 有限元法 程序设计 单一剖分网格
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O241.82;TP311.1
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题选题的背景与意义9-10
• 1.2 国内外相关研究现状与发展趋势10-13
• 1.2.1 国内外电机热分析方法研究的发展与现状10-12
• 1.2.2 国内外面向对象的有限元分析程序设计的发展与现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 电机磁-热耦合有限元分析基本原理15-33
• 2.1 磁场有限元分析基本原理15-18
• 2.2 温度场有限元分析基本原理18-24
• 2.2.1 温度场有限元数学模型的建立18-19
• 2.2.2 基于伽辽金法的温度场有限元变分方程推导19-24
• 2.3 非线性场有限元分析的求解方法24-28
• 2.3.1 非线性媒质特性的数值逼近方法24-26
• 2.3.2 非线性有限元方程组的求解方法26-28
• 2.4 电机温度场分析的相关参数计算28-32
• 2.4.1 电机温度场分析热源的计算28-29
• 2.4.2 电机温度场分析导热系数及表面散热系数的计算29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 基于单一剖分网格的磁-热耦合有限元分析程序设计33-49
• 3.1 面向对象的有限元程序架构设计33-40
• 3.1.1 有限元剖分模型数据类设计33-37
• 3.1.2 有限元数值计算数据类设计37-40
• 3.2 基于单一剖分网格的磁-热耦合有限元分析改进算法40-47
• 3.2.1 基于单一剖分网格的有限元改进算法的基本原理41-42
• 3.2.2 基于单一剖分网格的有限元改进算法的程序实现42-44
• 3.2.3 基于单一剖分网格的有限元改进算法应用实例44-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第4章 磁-热耦合有限元分析结果对比49-63
• 4.1 二维稳态场有限元分析结果对比实例49-55
• 4.1.1 二维线性稳态磁场有限元分析结果对比49
• 4.1.2 二维非线性稳态磁场有限元分析结果对比49-54
• 4.1.3 二维线性稳态温度场有限元分析结果对比54-55
• 4.2 电机二维暂态磁场有限元分析结果对比55-58
• 4.3 电机的磁-热耦合有限元分析结果对比58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 结论与展望63-65
• 参考文献65-69
• 作者简介69

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本文编号：662676