基于有限元的区域分解方法在永磁聚焦系统仿真中的应用

随着计算机技术以及并行求解技术的发展,区域分解方法越来越多地应用于计算电磁学的各个领域。针对微波管中的永磁聚焦系统仿真,该文提出一种基于有限元的非重叠区域分解方法,其引入一种新型传输条件,并采用内罚的方式推导出有限元弱形式。该区域分解法的最大优势是不需要引入多余的未知量,并且最终集成的有限元矩阵满足对称正定性,适合采用预处理共轭梯度法进行矩阵方程的求解。该文仿真了多个微波管永磁聚焦系统,并与商业软件Maxwell进行了详细的对比,结果表明所提出的区域分解方法和Maxwell精度相当,却拥有着更加优越的计算性能。

     

周期永磁聚焦系统二维二次有限元法研究

该文基于周期永磁聚焦系统的理论分析,采用2维2次有限元方法求解圆柱坐标系下轴对称永磁体结构的磁感应强度分布。首先对线性有限元法和2次有限元法进行收敛性对比,验证了2次有限元法具有更好的收敛性和更快的收敛速度。然后将2维2次有限元模拟仿真结果与Ansoft Maxwell 2D以及UESTC_PPM的模拟结果进行对比,验证了2维2次有限元法具有较高的计算精度,基本能够满足工程需要。     

分解区域方法在涡流检测仿真中的应用

随着现代制造业的发展,涡流检测仿真问题日渐复杂。传统的单一求解区域方法的运用遇到瓶颈,而分解区域方法将复杂的单一区域上的求解转化为较简单的若干个子区域上的求解,克服了传统方法遇到的困难。该文主要介绍分解区域方法在涡流检测仿真中的应用。     

模式分解法在星间超远距离衍射传输仿真中的应用与分析

星间超远距离传输仿真在精密激光测距任务中发挥着重要的作用。激光在星间的传输距离可达几百至百万公里量级,由于探测过程中的波前像差和衍射效应,无法直接采用经典高斯光束追迹的方法对其进行仿真。本文应用模式分解法对星间超远距离衍射传输进行仿真,通过与解析解和夫琅禾费衍射积分计算结果的对比分析以验证仿真精度,分析分解阶数、初始高斯光束腰半径与圆孔半径之比等参数对仿真精度的影响,从而为空间精密激光测距任务仿真提供一种兼顾计算精度和效率的数值模拟方法。     

SystemVue在广播传输系统仿真中的应用分析

SystemVue是一种基于Windows平台进行系统级设计、仿真和分析的仿真软件,使用SystemVue能快速建立和修改系统,进行系统仿真、分析和处理,本文对于SystemVue软件在广播传输系统中的应用进行了分析,并以一个简单的DVB-S基带传输仿真模型为例说明了构建仿真电路的一般方法,为实现复杂系统的仿真提供了一种简单高效的手段。     

基于节点编码的区域分解算法及其在二维散射中的应用

研究了一种高效率的基于节点编码的区域分解算法.将原始的求解区域分割为若干个相对独立的子区域,使原问题转化为若干个相对独立的子问题,通过求解公共边界上的场值,可以快速获得整个求解区域上的场值,极大地减少了存储量和计算量.此外,这种区域分解算法不仅能够快速、高效、并行地计算电大尺寸柱体的电磁散射,还特别适合于求解具有几何重复性特征的结构,如天线阵列、有限周期频率选择表面、PBG/EBG等的电磁仿真问题.数值算例验证了该方法的准确性和有效性.     

行波管周期永磁聚焦系统的设计

论述了行波管周期永磁聚焦系统的基本原理及在此基础上利用现有的辅助设计软件包为行波管设计合适的磁聚焦系统的方法.利用该设计方法计算与模拟一个Ku波段小功率行波管的周期磁场,得到的结果与试验结果非常一致.这样就可以大大减少行波管磁聚焦系统的设计与调整周期.     

多注周期永磁聚焦系统横向磁场的研究

从理论上对多注行波管周期永磁聚焦系统横向磁场的性质以及对电子注聚焦的影响进行了讨论,并借助仿真手段分析了一五注耦合腔周期永磁聚焦系统各电子注通道轴内的横向磁场分布规律,讨论耦合槽结构对横向磁场分布的影响,并对横向磁场造成的电子注偏移进行了粒子模拟。     

速调管周期反转永磁聚焦系统的三维模拟研究

在速调管的设计和应用中,选择一套良好的聚焦系统对整管的性能有着重要意义。本文对大功率速调管中的周期反转永磁聚焦系统中各部件的尺寸进行了优化设置,得到了相对较平稳、反转区小的磁场分布。同时对软件的计算应用作了介绍。     

一种分析准周期结构散射问题的有限元区域分解算法

采用区域分解法和矢量有限元法相结合分析准周期性结构的散射问题.将整个计算区域分成若干个非重叠的子区域,各子域形成自己的有限元线性系统;在子域交界面上引入罗宾传输条件来保证相邻子域的场连续性;通过高斯消去法把求解各子域内部未知量的问题转化为求解交界面上未知量的问题,从而降低计算复杂度.对于一些准周期性结构,利用子结构的几何重复性,能够让电大尺寸问题的求解更加快捷.给出的数值算例证明了该方法的正确性和有效性.     

Hybrid结构的周期永磁聚束系统的研究

设计了Hybrid结构的周期永磁聚束系统,该结构不仅轴向磁感应强度很高,而且体系外的漏磁很弱。内径为15mm,外径为40 mm,周期为40 mm,径向磁环和轴向磁环厚度之比为1∶1的Hybrid-PPM结构,轴线上磁感应强度的峰值达到0.5 T,体系外漏磁小于0.06 T。对影响Hybrid结构的PPM磁场峰值分布的因素进行了分析,磁场分布的峰值随内径增大迅速下降;外径增大对峰值的影响不显著,当外径增加至与体系的周期相当时,峰值几乎不变;体系的峰值随周期长度的增加迅速增大;体系的峰值与周期内径向磁环与轴向磁环厚度的比值有关,周期一定时,存在一个最佳的比值点,磁场的峰值达到最大。     

一种新型周期永磁聚束系统的设计

本文以传统的轴向相斥排列的周期永磁结构为基础,为了减小各个峰值的波动和降低端峰的磁场梯度,通过延长两端磁环的厚度,对各磁环选用不同性能的磁性材料的方法,经过不断模拟计算和修正,最终得到了峰值波动小,端峰磁场梯度小的周期永磁结构,其ΔBp=5.78%,端峰磁场梯度为0.0849 T/mm。     

行波管中周期永磁聚焦系统的研究

主要讲述了电子注在周期永磁聚焦系统中的运动和磁场选择不当时电子注的脉动情况以及电子注流通率与磁场强度的关系.实验发现,磁场强度并不是越大越好,磁场只在一定范围内才能实现电子注的聚束,电子注流通率与磁场强度成抛物线关系,磁场范围的选取应根据实际情况选择合适的范围.     

永磁同步电动机矢量控制方式的仿真研究

阐述了永磁同步电动机矢量控制调速系统的控制方法,建立了永磁同步电动机的数学模型,并通过MATLAB语言中的Simulink和PowerSystem Block模块建立了控制系统的仿真模型,并对得出的仿真结果进行了分析。     

基于区域分解的大规模并行有限元快速算法

区域分解方法是近来发展迅速的有限元求解方法之一.基于有限元区域分解方法以及多重网格的思想,我们研究了自适应求解以及离散扫频快速算法,并采用自主研发的高性能计算并行框架,将基于区域分解的大规模并行有限元快速算法进行了实现,并行规模能够扩展到数万CPU 核.我们在文中将展示程序的核心架构,以及如何采用多重网格算法的思想实现有效的粗网格校正技术,从而实现有限元线性系统的多次快速求解,加速自适应求解和离散扫频.最后,对算法进行了准确性验证以及大规模并行测试.     

A Domain Decomposition Method With Nonconformal Meshes for Finite Periodic and Semi-Periodic Structures

We present a domain decomposition method as a preconditioner for Krylov-type solvers to model complex electromagnetic problems containing periodicities. The method reduces memory requirements by decomposing the original problem into several nonoverlapping sub-domains. The 1st order transmission condition is employed on interfaces between adjacent sub-domains to enforce continuity of electromagnetic fields and to ensure the sub-domain problems are well-posed. By following the spirit of duality paring a symmetric system is obtained. To reduce the computational burdens of the present method, the finite element tearing and interconnecting like algorithm is adopted. This algorithm results in the computation of the so-called "numerical" Green's function, which can be compressed efficiently via a rank-revealing matrix factorization algorithm. The final system matrix is solved by Krylov solvers instead of classical stationary solvers. To improve the convergence of iterative solvers, several robust implementation details are discussed and the choice of some popular Krylov-subspace solvers is studied through numerical examples.     

耦合腔行波管PPM聚焦系统中横向场的研究

利用电磁计算软件Opera-3d对耦合腔行波管周期永磁聚焦系统中的横向场进行数值模拟计算,分析其分布规律,探讨了影响横向场幅度变化的主要因素,模拟表明横向场增大时会降低聚焦电子注的静态流通率。