电磁衍射理论的数学基础

<正> 引言 电磁理论中一个重要问题是:当已知电磁波在介质中传播,遇到障碍物,要决定衍射的电磁波. 设电磁波传播区域为Ω,这是三维空间R~3中的一个连通开集,并且在Ω中充填着不均匀、各向异性的介质.介质的特性量:介电张量、导磁张量及导电张量分別为ε、μ及σ表示.它们都是三行三列的矩阵.于是Ω中的电磁场满足下面的Maxwell方程组     

磁-微极广义热弹性介质中轴对称变形的弹性动力学

在横向磁场中,表面受机械源或热源作用时,研究电磁.微极热弹性半空间中的轴对称问题.问题的求解用到了Laplace和Hankel变换技术.作为该方法的一个应用,采用了集中源/沿圆周分布作用源(机械源和热源).对积分变换的逆变换使用数值技术,得到物理域中的应力分量和温度分布,以及感应电场和感应电磁场.对于两种不同的广义热弹性理论(Lord-shulman(L-S)理论和Green-Lindsay(G-L)理论),给出了这些物理量的表达式,并用插图显示磁场的影响.还导出了一个感兴趣的特例.     

电磁场和U1群的整体规范场

实验事实和量子力学理论都已指出,非单连通区域中的电磁场强度是不足以描述该区域的电磁场的。 因此就有必要研究如下的问题:在一已给的时空区域中,除场的强度外,还应添加哪些物理量,才能描述这一区域中的电磁场 本文通过对U₁群的整体规范场的研究,对这个问题作出了完全的回答。主要结果是:对于一个多连通区域,电磁场强度(如磁单极存在,则Dirac量子化条件应满足)连同区域的一组完全而独立的基本环路的位相因子,除一规范变换外能够唯一地确定相应的U₁群规范场,因而也就能够描述该区域中的电磁场。对于单连通区域,由于不存在基本环路,所以上述结果仍有效。     

电磁探测技术在冰层厚度检测中的应用探究

根据海冰、内陆湖泊、河流、冰川等冰资源与环境中的自然科学问题及冬季结冰地区水工结构物安全运行管理中对冰层厚度时空变化资料的需求,基于电磁场的特有性质,讨论了可用于冰层厚度检测的两种电磁探测方法-时间域电磁法和频率域电磁法,较详细讨论了它们的工作原理、研究进展、适用范围和在冰层厚度检测中获得的初步应用结果,并通过对实际测量结果的分析比较,提出了频率域电磁法,相对于时间域电磁法,在冰层厚度检测中具有更多的优势.     

一些高振荡积分、高振荡积分方程的高性能计算

电磁、声波散射问题的研究涉及一类数学物理问题, 此类问题具有深刻的理论价值和重要的应用背景, 亟待解决. 高振荡微分、积分方程是刻画这些问题的重要的数学模型, 其数值计算存在许多挑战性研究课题. 本文从积分方程解法角度出发, 综述了求解这类高振荡问题的一些最新进展, 特别是针对广义Fourier 变换、Bessel 变换的高效算法、高振荡核Volterra 积分方程的数值解法作了详细介绍. 这些数值方法共有特点是振荡频率越高算法精度愈高, 且可望为电磁计算的研究提供一些新的高效算法.     

磁场作用功能梯度壳体磁弹耦合动力学模型

针对电磁场环境中金属-陶瓷功能梯度圆柱壳体结构，基于物理中面下的几何关系和Hooke定律，确定了圆柱薄壳体的非线性本构关系.根据Kirchhoff-Love弹性理论，给出了非均质弹性壳体的变形应变能、动能及其变分运算式.基于电磁弹性理论，得出了电磁场作用下磁性功能梯度壳体所受涡流Lorentz力和磁化力模型.应用Hamilton广义变分原理，建立功能梯度薄壳体的磁弹性耦合非线性振动方程组，得出了描述功能梯度结构的具有变形场与电磁场耦合特征的动力学理论模型.通过对磁场中功能梯度壳体固有振动问题的举例分析，得到了壳体振动特征方程和固有频率变化规律，表明磁场和材料体积分数指数的增大能够使频率值减小，而在周向波数影响曲线中出现频率最小值的情形.研究方法可为多场耦合系统理论建模及动力学分析提供参考.     

基于非规范电矢位涡流问题T-ψ方法的有限元误差估计

1.引言 科学与工程应用中的许多实际问题往往归结为求Maxwell方程组的数值解.众所周知,即使使用当前最先进的计算机,数值求解完整的Maxwell方程组在时间方面的开销也是相当巨大甚至是难以忍受的.然而,对某些特殊的电磁现象,我们可以通过合理的简化,用一个     

边界元方法在电磁场理论中的应用

电磁场理论的数值分析,是近年来国内外比较重视的研究课题.磁记录头磁场分布的数值分析,国内尚处于探索阶段.本文用边界元法对磁头场分布作了讨论,并对实际问题归结了边界条件和交界面条件,提出了二种实际解法.数值例子的计算表明.该处理方法可以在取较少节点的情况下,获得较高的数值精度.     

横观各向同性电磁弹性固体耦合方程的一般解

横观各向同性电磁弹性固体的耦合特征由5个关于弹性位移、电位和磁位的二阶偏微分方程控制.基于势函数理论,耦合的方程组被简化为5个非耦合的关于势函数的广义Laplace方程.弹性场和电磁场由势函数表示,这构成了横观各向同性电磁弹性固体的一般解.     

Maxwell方程的一类解

本文导出了Maxwell方程的一类含有任意泛复变解析函数的解并简略地分析了它们的物理意义,得到了比经典电磁理论更为广泛的一些性质:1.电磁场可有任意的形状;可以非周期性地传播一般可有全息性质.2.电磁场的传播速度可以小于、等于或大于光速.3.电磁场传播线可以是任意的曲线4.存在着共生的分蘖电磁场.可能存在着共生世界.对上述导出的奇异电磁场存在的实例,本文也作了推测及描述.大多涉及到现今各种物理模型难以解释的一些现象.     

无界区域问题的谱和拟谱方法 献给林群教授80华诞

本文综述无界区域问题和外部问题谱及拟谱方法的研究成果和最新发展趋势.第一类数值方法基于应用Hermite多项式和函数及Laguerre多项式和函数的正交逼近和插值理论.第二类数值方法基于经过适当变量变换的Jacobi正交逼近和插值理论.第三类数值方法是上述正交逼近和插值方法与区域分解等其他方法的各种组合.本文还总结了Hermite、Laguerre和Jacobi无理正交逼近和插值理论的主要结果,它们是有关数值方法的理论基础.     

一类拟线性椭圆边值变分问题及有限元分析

一、问题的提出 在工程科学中,例如在各种流动问题以及电磁场理论中,经常遇到下列非线性边值问题:     

正弦电磁场中铁磁材料数学模型

将电磁场理论与弹性力学理论相结合,建立了描述铁磁材料在正弦电磁场中的数学模型,并对该模型一类的4阶非线性偏微分方程的解进行了讨论．给出其一阶近似后得到的线性偏微分方程的解析表达式和数值计算方法．计算结果表明,本方法是有效的．     

Hamilton体系辛半解析法及在非均匀电磁波导中的应用

力学中的Hamilton体系需用对偶变量来描述,而电磁场正好有电场和磁场这一对对偶变量．尝试将力学中的Hamilton体系理论应用于电磁波导的分析,以横向电场和磁场作为对偶变量,将电磁波导的基本方程导向辛几何的形式．基于Hamilton变分原理, 导出横向离散的半解析系统方程, 保持体系的辛结构．以非均匀波导为例, 求解了方程的辛本征值问题, 计算结果与解析解相当吻合．     

多维区域中非线性偏微分方程的修正Uaguerre谱与拟谱方法

研究多维区域中非线性偏微分方程的谱与拟谱方法.建立了修正Laguerre正交逼近与插值结果,这些结果对于建立和分析无界区域中的数值方法起着重要的作用.作为结果的一个应用,研究了二维无界区域中的Logistic方程的修正Laguerre谱格式,证明了它的稳定性和收敛性.数值试验结果表明所提出方法具有很高的精度,与理论分析结果完全吻合.     

一种多策略引导的电磁场优化算法求解作业车间调度问题

电磁场优化算法是目前一种比较新颖的群智能优化算法,其利用不同极性电磁场所产生的引斥力,使电磁粒子朝最优解移动。针对标准电磁场优化算法在求解作业车间调度问题时容易陷入局部极值点、收敛精度差等问题,提出了一种多策略引导的电磁场优化算法。算法中粒子受到三种不同来源的引斥力,在迭代过程中通过计算每种移动策略的临代电差、累计电差和综合电差来决定粒子的引导方式,并通过概率变异算法来避免陷入局部最优解。通过作业车间调度问题FT、LA系列测试实例仿真实验,对新算法与其他算法的测试结果进行比较分析,研究表明该算法具有更高的求解精度和更快的计算速度。     

求解奇异摄动抛物型对流扩散问题的再生核方法（英文）

基于域分解方法和再生核方法,文章提出了一种求解一维奇异摄动抛物型对流扩散问题的数值方法.原问题被分解成边界层区域问题和正则区域问题,正则区域问题的近似解通过原问题对应的退化问题的解进行近似,边界层区域问题的近似解通过构造合适的再生核,并利用再生核理论给出.三个数值算例的实验结果表明所提出的数值方法是有效的.     

一本不可多得的应用数学专著──评介钱伟长院士的专著《格林函数和变分法在电磁场和电磁波计算中的应用》

最近,上海大学出版社推出了钱伟长院士撰写的应用数学专著《格林函数和变分法在电磁场和电磁波计算中的应用》(修订版),该书初版于1989年问世,原为上海工业大学辐射和天线研究班的授课讲稿,出版后广受欢迎,很快售罄,现经作者修订,以更精致的形式发行.此书共分十章,前三章和第四、五章分别阐述格林函数和变分法的基本理论,后五章论述它们在电磁衍射、辐射、散射以及波导问题中的应用.全书视角独特、深人浅出、论点鲜明、论述严谨,是一本不可多得的应用数学专著.     

抛物型时间周期问题的Schwarz波形松驰方法

周期稳态是科学和工程系统中一类重要的运行状态,其计算复杂度远高于相应的初值问题,因此有更迫切的并行计算需要.我们提出了计算抛物型方程时间周期解的并行方法—基于区域分解(又称Schwarz方法)的波形松驰方法,该方法只需在子区域上求解较低维的周期问题.我们分析了两种不同的传输条件下方法的收敛性,并用数值实验支持了理论结果.     

Maxwell方程的一种显式时间高精度有限差分方法

时间离散是Maxwell方程数值方法研究的重要内容,涉及方法的稳定性、收敛性、精度和计算复杂度等.本文利用Taylor多项式逼近理论,提出了一种时间离散新方法.该方法的特点是,显式计算,关于时间变量具有任意阶精度,容易与空间离散方法相结合.将该方法与空间离散的中心差分方法结合,提出求解三维Maxwell方程的一种显式有限差分方法,记为HAIT-FDTD (high accurate in time finite difference time domain).理论分析表明,新方法的精度关于空间二阶、关于时间M阶,其中M是多项式的次数并且在计算中可以选取任意值.利用Fourier分析证明了HAIT-FDTD稳定,并且稳定性条件不受CFL (Courant-Friedrichs-Lewy)条件的限制,同时还分析了数值弥散,证明了数值弥散关系式收敛于连续弥散关系式.数值实验给出了增长因子、数值弥散误差及对一个波导问题的计算和分析.计算结果验证了理论分析,并且发现HAIT-FDTD的数值弥散误差小于Yee格式和交替方向隐式时域有限差分方法 (alternating direction implicit finite difference time domain, ADI-FDTD)的相应误差;近似保持能量守恒性和电磁场散度为零的性质;计算和程序实现简单,具有Yee格式的优点,并且时间可以采取大步长,具有ADI-FDTD的特点,比ADI-FDTD更节省CPU时间,适于长时间计算.