计算多介质电场节点场强的有限元-边界元法

为了解决节点有限元法在多介质电场计算中场域边界及介质分界面处场强计算精度不高的问题,提出了一种有限元-边界元混合算法。该算法首先应用节点有限元法计算多介质场域中的节点电位,然后将场域划分成多个单一介质的子域,子域边界处的电位通过有限元法计算的节点电位映射插值得到。接下来对各个子域分别采用边界元法计算边界处的法向场强,子域内部任意位置的场强则通过边界积分方程计算得到。数值计算结果表明该方法在场域边界以及分界面处节点场强的计算精度比传统的面积加权平均算法高,场域内部节点场强的计算误差也较低。所提方法不仅适合于静电场的计算问题,也适合于其它场强在介质分界面处不连续的矢量场计算问题。     

边界棱边元FEM-BEM法在开域静磁场计算中的应用

为了解决电气工程与电磁散射和辐射领域中常遇到电磁场开域问题,对基于边界棱边元的混合有限元边界元法在开域静磁场计算中的应用进行了研究.在铁磁区采用标量磁位,空气区采用磁场强度矢量H,利用棱边单元离散边界面,将边界上H的切向分量用线性函数离散,法向分量设为常数.通过对不同媒质交界面处磁场连续性条件的处理,推导出铁磁区中的标量磁位与自由空间中的H在交界面处耦合的条件,进而推导出开域静磁场的有限元与边界元耦合算法.在以上分析的基础上编制了相应的FEM-BEM分析软件,采用MSC.Patran软件对铁磁体进行剖分,将剖分的体单元、面单元与节点的信息以文本的形式输出,然后用该软件进行读取.仿真计算的结果与解析值相比精度较高,说明本方法对开域静磁场问题有较好的适用性.     

基于海洋MCSEM监测的海底油气后期开发的可行性

为了探讨海洋可控源电磁法(MCSEM)监测海底油气后期开发的可行性,根据油气运移及开采过程中储层电阻率变化特点,设计并利用MCSEM一维正演程序试算不同的海底电阻率模型,包括海底沉积层仅有储层的简单模型和储层上方有高阻覆盖层的复杂模型,分别将接收极沉放海底和油气钻井,分析电偶极子源在海底和井中的响应特征.结果表明:传统深海频率域接收模式MVO曲线能较好地反应储层电阻率的变化;井中接收频率域电场对于高阻层位的变化非常敏感;浅海下MCSEM在不同偏移距的时域电场信号既能分离空气波干扰,又能很好地反应储层电阻率变化.海洋可控源电磁法对于海底油气后期监测具有潜在优势.     

斜井层状介质孔中时间域电磁张量响应特征

在石油勘探、金属矿找矿以及地下空间探测领域,孔旁远探和随钻前探是迫切性技术需求。结合三分量感应测井和瞬变电磁场理论,提出了一种孔中时间域电磁张量测井方法。基于谐变场三维感应测井9个磁场分量求解方法,采用传输线法实现并矢格林函数的快速计算,通过将谐变场的磁张量转换到时间域,获得孔中时间域电磁场张量计算公式; 然后,建立一个斜井三层介质模型,分析该模型下感应电位张量各分量的时间衰减规律,得到目标层电磁张量响应特征; 最后,在地-井瞬变电磁实测资料分析基础上,比较孔中张量测井方法的效果。结果表明:感应电位张量xz、yz、zx以及zy分量衰减曲线符合垂直磁偶源激励场特征,其他分量满足水平磁偶源激励场特征; 与z相关的分量对地层电性界面的反映最为明显,可以作为张量解释的首选分量,其他分量可以作为辅助分量; 低阻目标层在多测道曲线和感应电位张量时间剖面中得到清晰识别,为孔中张量电磁资料处理与解释提供了手段。     

螺线管中磁场的计算

首先根据单层、有限长螺线管轴向磁场的计算公式,推导出多层、有限长轴向磁场的计算公式。并将它们推导到无限长的情形,其次采用谢尔茨展开公式计算空间的磁场分布。利用计算机编制出磁场计算程序。最后利用此程序进行计算机模拟,计算出磁场的轴向分布和空间分布。同时,对磁场的分布结果进行了讨论。     

映射法测量横向感应磁场垂向分量的实验验证

感应磁场是现代舰艇的重要物理场,针对舰艇感应磁场难以快速准确获取的问题,开展了磁场映射法测量横向感应磁场垂向分量的实验验证研究。利用某消磁站缩比物理模型进行实验,分别采用单航向上磁场映射法和地磁模拟法来测量船模的横向感应磁场垂向分量,并与传统的两航向法测量值进行比较。结果表明单航向上磁场映射法精度较高,相对均方根误差为8.13%,且在工程实践中较传统方法更高效,为进一步推广单航向上磁场映射法测量舰艇感应磁场提供了依据。     

介质极化电荷和磁化电流的镜象处理方法

将导体镜象法推广应用到介质。计算表明，对静电场和稳恒磁场中的均匀、线性和各向同性介质，其三维场的平面介质界面和二维场的圆柱面介质界面上的极化电荷和磁化电流产生的电场和磁场，可用场区以外的分立镜象代替。     

介质极化电荷和磁化电流的镜象处理方法

将导体镜象法推广应用到介质。计算表明，对静电场和稳恒磁场中的均匀、线性和各向同性介质，其三维场的平面介质界面和二维场的圆柱面介质界面上的极化电荷和磁化电流产生的电场和磁场，可用场区以外的分立镜象代替。     

点源场无限与半无限介质中任意有限个导体球的一次电场

引言当在无限介质中存在一个导体球时,点源电流场的电位早在电阻率法发展的初期即有了精确解。点源场半无限介质中一个导体球的类似问题,由于它的复杂性,自三十年代初至七十年代中,其研究达四十余年之久,直至一九七五年墨西哥大学的S·K·Singh与J·M·Espindola才给出了形式完善的精确解。点源场无限介质中两个导体球问题,     

基于矩阵变换器的异步电机预测控制方法研究

为了既能实现电源输入功率因数为1,又能实现异步电机定子电流的转矩分量和励磁分量的解耦控制,研究将矩阵变换器的预测控制与异步电机转子磁场定向矢量控制相结合的组合控制策略。结合转子磁场定向技术,采用转速和磁链的双闭环结构,并对异步电机定子电流和无功功率进行多目标预测控制。仿真结果表明,该方法既保留了传统异步电机转子磁场定向矢量控制的优点,又发挥了预测控制的长处。实现了输入功率因数为1,改善了电源质量;实现了异步电机定子电流转矩分量和励磁分量的解耦控制,改善了调速系统动态性能。     

电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E_x分量和磁场H_z分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E_x分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散; 电场E_y分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 电场E_z分量在地层分界面产生跃变; 磁场H_x分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 磁场H_y分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H_y分量也会受到返回电流影响; 磁场H_z分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动; 对于三维异常体,电场E_x分量和磁场H_y分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E_y分量和磁场H_x分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H_z分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。     

方位电阻率测井在地层界面电磁响应的研究

利用解析法计算随钻方位电阻率仪器激发的电磁场随仪器方位变化的规律,研究其在地层界面预测中的应用。通过分析电磁波在各层介质中的反射和透射规律,得出了介质层中电磁波的解析表达式,计算了电磁波电阻率随钻测量的幅度衰减和相移,分析了定向电磁测量对地层界面的灵敏性,研究了地层相对倾角和接收天线倾角对电磁测量的影响。研究表明,线圈距和目的层厚度越大,定向电磁测量的探测范围越大;随着地层相对倾角和接收天线倾角的增加,定向幅度衰减在接近地层界面时的变化越明显,对地层界面的灵敏性增强。结合方位电阻率成像和定向电磁响应说明,在常规随钻电阻率仪器的基础上,增加倾斜接收天线,可以实现地层倾向的预测和判断。     

无限长载流柱面磁场的空间分布

由面电流在空间某点的磁场公式出发,利用场强叠加原理,计算出截面为任意多边形的无限长载流柱面在空间任意点的磁场分布,并且运用这种方法求出了截面为菱形的无限长载流柱面空间磁场分布的普遍表达式.     

点源二维地电断面地下电流磁场的数值解

任意地电断面点电源地下传导电流产生的磁场,可以表达成传导电流的电位在地表和地下电性不连续界面上的面积分。对点电源二维地电断面,通过沿其走向作一维傅里叶变换,电位的面积分又可转化为曲线积分。用边界元法可求这类面积分和线积分及积分中所包含的传导电流之电位的数值解,亦即求得电流磁场的数值解。     

建筑钢试件拉伸应力与其磁记忆效应漏磁场梯度的对应关系研究

通过对Q345B光滑试件和浅槽试件静载拉伸时表面漏磁场的在线测量,研究了在不同载荷作用下的磁记忆信号特征,建立了梯度特征参量K?和最大梯度绝对值maxK与应力?之间的对应关系.试验结果表明:随着载荷的增加,磁信号法向分量逐渐增大;磁场法向分量过零点和梯度最大值,能较好的判断应力集中位置;磁场法向分量出现"峰-峰值",不能作为早期损伤判断的依据;随着应力的增加,梯度特征参量K?出现最大值,可准确地判定试件是否进入塑性阶段;maxK值均随着应力的增加而增大,可较好地反映试件的损伤程度.     

金属磁记忆在齿轮早期微裂纹检测中的应用

依据金属磁记忆检测的基本原理,提出关于齿轮早期局部微裂纹缺陷的漏磁信号模型,指出在裂纹区域,漏磁场的切向分量具有峰值,而法向分量过零、其梯度具有峰值,分析了裂纹深度对上述特征的影响,并将上述理论应用于实际齿轮表面微裂纹检测,显微分析的结果论证了磁记忆检测的有效性。     

海底冷泉渗漏气泡-海水两相介质均匀化方法和实验研究

针对海底冷泉天然气渗漏流量声波测量需要介质声阻抗均匀的要求,提出了气泡四元破碎方法,设计了一种气泡-海水两相介质均匀化装置.气泡-海水两相介质均匀化装置的功能包括两个部分：气泡破碎和气泡空间分布均匀化,其作用先将大气泡破碎成小气泡,然后再对小气泡的空间分布均匀化.实验结果表明：气泡-海水两相介质均匀化装置能够将直径大于15 mm的气泡破碎为当量直径为4～5 mm且空间分布均匀;另外气泡的流速基本在0.3～0.4 m/s内;达到天然气渗漏流量声波测量的要求.     

线电荷和无限长介质圆柱壳系统电势的计算和讨论

计算了线电荷和无限长介质圆柱壳系统的电势分布,指出线电荷与介质圆柱体、线电荷与导体圆柱壳、均匀外电场中有无限长介质圆柱壳系统的电势分布都可由线电荷和无限长介质圆柱壳系统的电势给出.     

基于“烟圈”理论的圆锥型场源瞬变电磁优化反演

针对瞬变电磁圆锥型场源装置,采用汉克尔变换和余弦变换数值滤波法对该场源和中心回线源瞬变电磁正演响应进行了计算.将"烟圈"反演结果转换到频率域作为初始模型,采用最小二乘正则化方法对反演结果进行了改进.以电阻率100Ω·m的均匀半空间模型对两种反演方法进行了验证,并在此基础上对2层、3层和4层典型地电模型开展了正反演计算.最后,在某矿集区开展了短剖面实验,并采用2种反演方法对实测数据进行了处理.研究结果表明:用最小二乘正则化方法改进后的反演电阻率更接近于模型电阻率,反演深度更接近层界面,具有一定的分层效果;其视电阻率拟合曲线与模型的重构误差在10-4~10-3范围内.对均匀介质模型开展的反演表明,改进后的反演电阻率与模型电阻率的相对误差约为0.2%,而"烟圈"反演的相对误差超过0.8%.     

测量体引起的舰船电场畸变

海上钢质船舶都会散射电流进入海水形成电场,对舰船电场进行探测,可以用于水中对目标进行定位,也可用于远程海洋预警.由于海水是导电介质,运用麦克斯韦方程,在场电位和电流密度法线分量连续的边界条件下,对均匀静电场在水中兵器、电场测量体等实体附近产生的电场畸变进行了分析计算.结果表明,均匀电场在测量体附近的畸变大小主要取决于测量体与舰船的距离、测量体材料和海水的电阻率比、测量体的尺寸.近场时影响非常明显,测量体越大,影响越大.并通过无磁海水水池实验进行了验证.