混合FDTD数值计算方法及其应用研究
发布时间：2021-11-15 03:44
近年来随着我国高性能计算硬件设施的快速发展,大场景高性能电磁数值计算已成为复杂电磁环境问题研究的重要手段,其应用前景十分广泛。时域有限差分法（FDTD）因其具有简明、直观、易于并行实现等特点,越来越受到重视。研究时域有限差分数值计算相关技术具有十分重要的理论及实际意义。本文以石家庄铁道大学轨道交通电磁环境效应研究所实际科研项目为背景,系统研究了时域有限差分前处理、数值计算、后处理等部分内容,主要工作如下:（1）自适应FDTD共形网格剖分技术为减小模型剖分所产生的误差,讨论并实现了目标模型共形Yee网格生成技术。通过GiD软件对目标模型进行剖分来获得三角面元数据文件,基于该类型文件,对比了“投影求交法”和面积比较法生成Yee网格原理。本文采用更易理解的面积比较法生成网格,在其基础上详细研究了共形面可能出现的各种情况,对每种情况作出处理,并根据法线方向实现介质区域填充,最终使用C++语言编程实现了复杂模型的自适应共形网格技术,为下文FDTD法仿真提供了精确有效的模型。（2）基于GiD进行FDTD程序设计基于GiD软件进行二次开发,为研究雷电对高铁电磁环境的影响,基于GiD,添加了雷电等激励...
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文框架结构
3 时域有限差分法原理1966 年 K.S.Yee 提出基于六面体的网格离散计算空间，从而得到麦克程的数值解。时域有限差分法在空间中直接将电磁场基本方程做差分离微分形式变成差分形式。这样就把求解时域中的微分方程转化成迭代求方程的形式，并且能够很好的模拟出电磁波传播的相关特性。由于计算有限且计算时间不能无限长，所以除了完成差分格式的转化还需要设置边界条件。FDTD 法需要在有边界的区域中进行计算，但是要模拟出无限效果，就需要边界条件满足一些特殊要求。设置的边界条件需要能够保波“向外传播”的特性，产生的反射足够小，还需要保持解的稳定性。主要内容是对差分格式和边界条件设置做出详细介绍。3.1 Yee 差分格式Maxwell 方程的时域形式：
收集的第一回击电流信息相同。但是该模型没有明显的积分式，不易于编写。双指数模型是由以前的学者通过观察仪器上测出感应电流的波形到启发后提出的，所以该表达式清楚的描述出雷电流和时间的关系，而 α，β 和 I0参数赋予物理意义，函数式在 t=0 时，一阶导数有最大值，数没有连续一阶导数。但是正因为该模型比较简单，而且能够表现出通电流的主要信息，并且可以很方便的实现积分和微分运算。所以双指数是得到了普遍的认可，并且直到现在仍然被采用，同时该模型也是文献多的模型。由于该模型便于编程实现，并且能够反映出雷电流的主要变本文在编程实现时采用的是该模型来描述雷电流波形。.2.2 雷电激励源设置基于以上的优缺点分析，在本文的研究中雷电激励源是采用双指数函模型来进行描述的。雷电流的特点有作用时间短、电流大、电流的变化、冲击的电压高。雷击电流根据作用时间可以分为三部分，分别是首次长时间雷击电流，三部分对应的波形如图 2-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]静电场作用下电介质系统的平衡态及其稳定性[J]. 韩光泽,马乐晗. 化工学报. 2017(07)
[2]基于北斗卫星导航系统的飞行物轨迹标记法[J]. 申莹,王樱子,王辉,王智森. 测绘科学. 2015(02)
[3]应用于仿真训练的模块化雷达建模与实现[J]. 吉玉洁,张高峰,吴亮. 系统仿真学报. 2014(02)
[4]双指数函数拟合标准雷电波的改进方法[J]. 许亿志. 安全与电磁兼容. 2013(04)
[5]时域有限差分方法的研究[J]. 戴国强,余震虹,高磊,李科. 现代电子技术. 2013(01)
[6]建模思想在数学解题中的运用[J]. 张峰. 课程教育研究. 2012(27)
[7]雷电流幅值概率计算公式[J]. 李瑞芳,吴广宁,曹晓斌,马御棠,刘平,苏杰. 电工技术学报. 2011(04)
[8]基于三角面元的涂层目标FDTD共形网格生成技术[J]. 胡晓娟,卢兆林,葛德彪,魏兵,韩奎. 系统工程与电子技术. 2010(09)
[9]FDTD计算中关于低频激励源问题的研讨[J]. 高本庆,薛正辉,任武. 电波科学学报. 2009(02)
[10]电磁环境效应及其发展趋势[J]. 刘尚合,武占成,张希军. 国防科技. 2008(01)
博士论文
[1]基于超级计算机的并行FDTD关键技术与应用[D]. 江树刚.西安电子科技大学 2016
[2]高速动车组电磁兼容性关键技术研究[D]. 单秦.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]基于FDTD算法的非均匀网格及共形网格技术的研究[D]. 康振辉.西北师范大学 2015
[2]复杂目标共形网格建模及电磁特性计算[D]. 武超.西安电子科技大学 2014
[3]复杂电磁环境仿真研究[D]. 梁高光.北京邮电大学 2013
[4]单模光纤微孔器件传输特性的2D-FDTD分析[D]. 邱京文.华中科技大学 2012
[5]高速及重载铁路牵引回流钢轨电位规律的研究[D]. 邓明丽.西南交通大学 2009
[6]雷电电磁场FDTD分析[D]. 杨华.中国海洋大学 2008
[7]基于OpenGL的FDTD可视化建模软件设计[D]. 陈跃飞.合肥工业大学 2007
[8]微波低噪声放大器脉冲效应与机理研究[D]. 马涛.西安电子科技大学 2007
[9]FDTD分析高功率脉冲对微波电路的影响[D]. 陈智慧.西安电子科技大学 2005
本文编号：3495961
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文框架结构
3 时域有限差分法原理1966 年 K.S.Yee 提出基于六面体的网格离散计算空间，从而得到麦克程的数值解。时域有限差分法在空间中直接将电磁场基本方程做差分离微分形式变成差分形式。这样就把求解时域中的微分方程转化成迭代求方程的形式，并且能够很好的模拟出电磁波传播的相关特性。由于计算有限且计算时间不能无限长，所以除了完成差分格式的转化还需要设置边界条件。FDTD 法需要在有边界的区域中进行计算，但是要模拟出无限效果，就需要边界条件满足一些特殊要求。设置的边界条件需要能够保波“向外传播”的特性，产生的反射足够小，还需要保持解的稳定性。主要内容是对差分格式和边界条件设置做出详细介绍。3.1 Yee 差分格式Maxwell 方程的时域形式：
收集的第一回击电流信息相同。但是该模型没有明显的积分式，不易于编写。双指数模型是由以前的学者通过观察仪器上测出感应电流的波形到启发后提出的，所以该表达式清楚的描述出雷电流和时间的关系，而 α，β 和 I0参数赋予物理意义，函数式在 t=0 时，一阶导数有最大值，数没有连续一阶导数。但是正因为该模型比较简单，而且能够表现出通电流的主要信息，并且可以很方便的实现积分和微分运算。所以双指数是得到了普遍的认可，并且直到现在仍然被采用，同时该模型也是文献多的模型。由于该模型便于编程实现，并且能够反映出雷电流的主要变本文在编程实现时采用的是该模型来描述雷电流波形。.2.2 雷电激励源设置基于以上的优缺点分析，在本文的研究中雷电激励源是采用双指数函模型来进行描述的。雷电流的特点有作用时间短、电流大、电流的变化、冲击的电压高。雷击电流根据作用时间可以分为三部分，分别是首次长时间雷击电流，三部分对应的波形如图 2-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]静电场作用下电介质系统的平衡态及其稳定性[J]. 韩光泽,马乐晗. 化工学报. 2017(07)
[2]基于北斗卫星导航系统的飞行物轨迹标记法[J]. 申莹,王樱子,王辉,王智森. 测绘科学. 2015(02)
[3]应用于仿真训练的模块化雷达建模与实现[J]. 吉玉洁,张高峰,吴亮. 系统仿真学报. 2014(02)
[4]双指数函数拟合标准雷电波的改进方法[J]. 许亿志. 安全与电磁兼容. 2013(04)
[5]时域有限差分方法的研究[J]. 戴国强,余震虹,高磊,李科. 现代电子技术. 2013(01)
[6]建模思想在数学解题中的运用[J]. 张峰. 课程教育研究. 2012(27)
[7]雷电流幅值概率计算公式[J]. 李瑞芳,吴广宁,曹晓斌,马御棠,刘平,苏杰. 电工技术学报. 2011(04)
[8]基于三角面元的涂层目标FDTD共形网格生成技术[J]. 胡晓娟,卢兆林,葛德彪,魏兵,韩奎. 系统工程与电子技术. 2010(09)
[9]FDTD计算中关于低频激励源问题的研讨[J]. 高本庆,薛正辉,任武. 电波科学学报. 2009(02)
[10]电磁环境效应及其发展趋势[J]. 刘尚合,武占成,张希军. 国防科技. 2008(01)
博士论文
[1]基于超级计算机的并行FDTD关键技术与应用[D]. 江树刚.西安电子科技大学 2016
[2]高速动车组电磁兼容性关键技术研究[D]. 单秦.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]基于FDTD算法的非均匀网格及共形网格技术的研究[D]. 康振辉.西北师范大学 2015
[2]复杂目标共形网格建模及电磁特性计算[D]. 武超.西安电子科技大学 2014
[3]复杂电磁环境仿真研究[D]. 梁高光.北京邮电大学 2013
[4]单模光纤微孔器件传输特性的2D-FDTD分析[D]. 邱京文.华中科技大学 2012
[5]高速及重载铁路牵引回流钢轨电位规律的研究[D]. 邓明丽.西南交通大学 2009
[6]雷电电磁场FDTD分析[D]. 杨华.中国海洋大学 2008
[7]基于OpenGL的FDTD可视化建模软件设计[D]. 陈跃飞.合肥工业大学 2007
[8]微波低噪声放大器脉冲效应与机理研究[D]. 马涛.西安电子科技大学 2007
[9]FDTD分析高功率脉冲对微波电路的影响[D]. 陈智慧.西安电子科技大学 2005
本文编号：3495961
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