时域有限差分电磁仿真的网格自动剖分

以AutoCAD为图形支撑平台,应用AutoCAD的Visual Basic for Applications,并结合AutoCAD的图形交换文件,开发了用于时域有限差分电磁仿真的三维网格自动剖分软件。在AutoCAD的绘图区绘制仿真结构,通过Visual Basic forApplications程序对此进行网格剖分,剖分后的所有图形信息以DXF文件格式保存,后续Fortran程序从中提取出每个网格点的位置坐标和电磁参数,将这些数据送给时域有限差分程序进行电磁仿真。以一个微带馈电金属贴片的例子验证了该软件的正确性和实用性。     

大定源瞬变电磁法三维正演程序开发

大定源瞬变电磁法是应用比较广泛的电磁激发方法之一,本文介绍了其三维正演程序的开发。首先从麦克斯韦方程组出发,通过讨论边界条件、初始条件和场源计算等问题,建立起地下半空间介质中电磁场与电阻率分布之间的关系方程。再论述求解地下半空间介质中电磁场的三维交错网格有限差分法。然后利用有限差分法完成大定源瞬变电磁法三维正演模拟程序的开发,并详细介绍了程序的流程。最后以均匀半空间模型为例来进行数值模拟,得出结论与实际相符合。利用该程序还可以设置各种三维地电模型来进行数值模拟,从而为野外勘察提供指导,为室内资料处理提供依据。     

有限元数据场等值图绘制算法

目的描述有限元模型中数据场的分布规律，提高等值线与等值面的常用可视化手段的绘制精度．方法基于正则有限单元的坐标与物理场插值函数，利用二分法快速准确提取等值点．结果笔者对二维数据场的三角形分片等值线算法和三维场等值面绘制的Marching Cubes算法做了考虑有限元特性的改进并给出了具体的实现算法，以具体图例对算法描述精度提高的有效性进行了验证，结论通过理论研究和应用，反映新算法能充分达到有限元数值分析的精度，尤其针对高阶插值数据场效果更好．     

二维开域涡流场A位有限元一边界元耦合算法

研究了二维开域涡流场矢量磁位Ａ的有限元一边界元耦合算法：直接耦合法和间接耦合法，给出了上述算法应用于国际电磁场２１＃基准问题Ｂ模型的计算结果，为将耦合算法推广到三维涡流场Ａ－Φ位计算打下了基础。     

亚网格技术在二维Laguerre-FDTD方法中的应用

提出了一种基于二维Laguerre-FDTD方法的亚网格技术,该技术是用波动方程法来处理粗细网格边界. 运用加权的Laguerre多项式作为时域基函数对波动方程中电磁场分量作基函数展开,使用伽辽金方法处理,消除方程中的时间项,经有限差分后得到无条件稳定的亚网格处理方法. 数值计算结果证明,在求解含有精细结构的电磁计算问题上,该算法具有准确性和有效性.     

基于耦合物理场的汽轮发电机定子温度场的分析与计算

研究了汽轮发电机中电磁场与温度场的耦合关系,以发电机的耦合物理场为基础,建立了其温度场的数学模型。首先,建立了发电机电磁场的数学模型,通过电磁场的计算确定电机中的损耗分布,并以此作为温度场的热源;然后,研究了发电机中三维温度场的数学模型。采用有限元数值方法计算了电机中的电磁场与温度场分布,将基于耦合场的温度场计算结果与发电机运行时的实际值进行了比较,证明本文提出的模型和方法是正确的。     

导体面目标电磁散射特性分析的无网格方法研究

将无网格迦辽金法推广应用于导体面目标电磁散射与辐射问题的研究。由移动最小二乘近似原理来拟合表面电流函数,基于电磁场积分方程,利用加权残量法导出导体面目标电磁散射场计算的离散模型,避免了传统的基于网格抛分的数值方法的瓶颈问题。为了验证所述的模型和算法,给出了导体方板电磁散射特性的计算实例。     

FEM与FDM在脑电正问题求解中的比较

从算法的精度、效率和复杂性3个方面对三维各向同性脑电正问题求解中的有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)进行了比较,分别采用三层同心球模型和偶极子源模拟具有3种组织的头和大脑活动神经元,研究了头模型的网格细化程度、对称性和偶极子源方向、偏心率对有限差分法和有限元法精度和效率的影响.仿真计算结果表明,有限元法的精度易受切向偶极子的影响,而有限差分法的精度易受径向偶极子的影响,在相同的网格细化程度下,两种算法需要同样的耗机时间;由于有限元法精度易受网格模型对称性的影响,有限差分法的真实头模型网格构建比有限元法简单、直观.     

三维场域有限元网格的自动生成

三维磁场的有限元计算,在数据前处理(有限元网格形成)部分所花费的时间和费用是比较多的.本文介绍了一个能够自动地、正确地生成三维场域有限元网格的方法并给出了整个程序的框图.     

热传导问题的两种边界元—有限元耦合法解

本文将边界元法(BEM)和有限元法(FEM)相结合,用于求解热传导问题,按各类边界条件的一般情况导出了相应的两种耦合算法公式。这些耦合方法取BEM 和 FEM 两者之长而避其短,可提高计算精度,减少数据准备和计算工作量,并可用于某些用单一方法较难求解的问题。文中给出了算例,并将耦合法解与解析解、有限元解、边界元解、有限差分解作了比较。     

无线传感器网络微型节点设计的电磁建模方法

为解决微型无线传感器节点设计过程中无法分析射频微机电（RF MEMS）器件微小可动结构的电磁特性问题,提出一种电磁建模方法——变形时域交替方向隐式有限差分法。采用有限差分技术,引入时间变量实现一维垂直运动结构动态方程的时域离散;讨论了时域交替方向隐式有限差分法（ADI-FDTD）的三维数值色散关系;提出线性电（磁）介质参数插值的方法,解决了运动结构的机械时空步与电磁时空步的不一致问题,实现了复杂三维动态结构的时域描述。仿真实验验证了该方法可行有效。     

电磁场有限元分析的快速数值方法研究

有限元理论及技术对于求解大规模有限元方程至关重要的快速算法研究尚存许多问题.提出了一种目标区域定位算法并与波阵法联合使用的新数值技术,分析了新算法的原理及其在非线性条件下的应用.阐述了在磁矢量(MVP)有限元中的实现,最后给出计算实例.结果表明,采用新方法可以节约大量计算机资源,是一种鲁棒性较好的数值技术,对大规模电磁场数值计算也有良好的应用前景.     

基于R-L定义的分数微分对流-弥散方程有限元解

分数微分对流-弥散方程(Fractional Advection-Dispersion Equation,FADE)是一种用于模拟多孔介质中溶质非费克迁移的新模型,然而由于分数微分定义的复杂性,仅能够获得特定的定解条件下FADE模型解析解.推导出了基于Riemman-Liouville(R-L)定义的FADE模型有限元解,当分数阶微分算子α=2时,该解与传统对流-弥散方程的有限元解相同.与Meerschart和Tadjeran(2004)的有限差分解及FADE模型的解析解的模拟结果相比,本文的有限元解在很大程度上能降低数值弥散现象,但当空间离散节点数目较大时(N>100),都会产生质量不守恒的现象.通过模拟结果和相关文献的分析比较得出,FADE模型的这种质量不守恒问题是由于R-L定义本身所引起的,解决该问题需要对FADE模型的数值解做进一步的研究.     

旋磁各向异性非均匀球体电磁散射特性

应用 T 矩阵方法推导了旋磁各向异性径向非均匀球体散射场的解析解。置于自由空间的球形结构被分为N个区域,每个区域的材料参数为标量电导率和旋磁张量磁导率。根据球矢量波函数理论将入射场,散射场以及球体内部各个区域的电磁场展开为球矢量波函数的线性叠加,最后通过匹配边界条件求得散射系数。雷达散射截面数值结果与有限元方法得到的数值结果有很好的吻合,验证了公式的正确性与有效性。最后给出几个新的算例分析了旋磁非均匀球体的散射特性。     

粉末注射成型充填过程数值模拟

在Hele—Shaw近似下采用有限元／有限差分混合法求解粉末注射成型充填过程，有限元法处理中面离散，厚度方向使用有限差分，运用控制体积法追踪移动边界，压力方程和能量方程顺序求解，实现了充填过程的温度场、压力场和速度场的数值仿真，得到了较有价值的流场数值分析结果。     

三角形网格曲面的展平

提出了一种用于多边形曲面的分步展平方法。将带约束边界条件的全局参数化技术用于生成不规则三角形网格曲面的初始展平图，通过迭代有限元平面热应力求解，可以得到在应变能极小意义下的全局最优展平图。实验结果表明了这种方法的有效性。     

基于2.5维有限元-完全匹配层技术的隧道振动建模研究

为解决隧道受周围区域复杂影响的三维隧道动力模拟问题，基于有限单元法，采用2.5D技术，应用完全匹配层（PML）处理由有限单元网格截断的边界，提出一种针对超长隧道结构动态性能模拟的高效、精确解法。结合2.5D技术、有限单元法（FEM）及完全匹配层（PML）的方法并不常见，推导2.5D技术和有限单元法（FEM）结合法的方程，着重说明其与2.5D技术和完全匹配层（PML）结合法的兼容性。通过与常用数值模型（MEF-MEC）和半解析解（PIP）法的结果验证，证明了模型的准确性，并进行了参数研究，以评估隧道和土体性质对土体振动的影响。结果表明：提出的2.5D MEF-PML方法能够解决有限元法不能处理无限域的缺点，与常规PML法相比,精度更高，在隧道动力分析时，能准确考虑隧道周围区域因素的影响。     

Numerical simulation of bistatic scattering from a target at low altitude above rough sea surface under an EM wave incidence at low grazing angle by using the finite element method

Astudyofscatteringfromavolumetrictargetaboverandomroughsurfaceisofgreatsignificanceintargetdetectioninterrainandoceanicclutters.Mostofanalyticalapproachestoroughsurfacescatteringarebasedonsomeapproximations,suchastheKirchhofftangentplaneapproximation,smallperturbationapproximation,two-scalemodelandothers[1].Analyticalstudyofscatteringfromanobjectabovethesurfacehasbeenlimitedtothemodelofasphereoracylinderaboveaplanarconductingsurface[2,3].Numericalmodelforsimulationofscatteringfromcomplextarget…     

计算VLSI电容方法的研究

讨论了几种VLSI版图中电容的计算方法;计算集成电路电容的方法有公式法和数值法两大类。利用数值法计算电容的方法包含有限差分法、有限元法、边界元法和格林法等,分析了以上各种方法的计算原理和优缺点。     

二次B-Spline时域基函数的TDFEM的应用

提出了时域有限元法(TDFEM)的一种新的基函数—二次B-spline时域基函数.首先简述了时域有限元法的原理和基本公式;然后提出了新型的基于B-spline函数的条件稳定和无条件稳定的时域有限元法方案,并应用于三维电磁辐射问题.通过典型的算例对这两种方案的精度、运算时间进行了比较,证实了基于二次B-spline函数的时域有限元法的有效性.通过稳定性理论分析得出该算法的精确稳定性,并且通过数值计算的结果得到验证.