FDTD方法吸收边界条件的研究及应用

用时域有限差分法(FDTD)求解电磁散射问题中,吸收边界条件的设置起着关键性作用.通过时间和空间上的递推算法对时域有限差分法中的两种吸收边界条件:Mur吸收边界条件和完全匹配层(PML)的吸收效果进行了比较和分析.同时,引入参数对PML的差分方程进行了优化,避免了将电磁场分裂为两个分量进行计算,进而降低了计算内存开销.实验结果证明PML具有更优越的吸收性能.最后,在FDTD算法中应用PML吸收层对一圆柱形导体的雷达散射截面积(RCS)进行数值仿真,验证了FDTD算法在计算雷达散射截面积(RCS)上的有效性.     

基于OpenCL的GPU加速三维时域有限差分电磁场仿真算法研究

提出了一种基于开放运算语言（OpenCL）的GPU加速三维时域有限差分（FDTD）电磁场仿真计算的方法．该方法利用图形处理单元（GPU）的并行处理特性并结合OpenCL接口标准实现了时域卷积完全匹配层（CPML）吸收边界条件的三维FDTD的高性能加速计算．首先设置FDTD仿真参数并动态申请内存空间,然后初始化OpenCL的计算参数,对三维电磁模型基于OpenCL进行FDTD加速仿真．本方法显著提升了FDTD电磁场仿真速度,与利用CPU计算相比速度提升可达5-8倍,且具有CPML吸收边界条件,可以模拟电磁波在自由空间的传播;基于OpenCL编译的语言程序可以运行在CPU或GPU硬件上,并可充分发挥多核CPU的并行计算能力,使得FDTD电磁场仿真具有更广泛的实际应用．     

三维集成转接板互连电磁传播仿真中吸收边界条件的选取及其验证

为了完成三维集成转接板互连结构中电磁场分布的建模与数值计算,采用时域有限差分法(Finite DifferenceTime Domain, FDTD)仿真二维横电波(Transverse Electric, TE)的传播,观察在添加Mur吸收边界条件和完全匹配层(Perfectly Matched Layer, PML)吸收边界条件时边界处磁场的变化,绘制误差曲线与等相位线来检验这两种边界条件的吸收性能。结果表明,将PML边界条件作为二维TE波的吸收边界可以确保仿真结果更符合工程实际。     

基于FDTD的平面波入射介质的仿真

在二维时域有限差分法的基础上,以MATLAB为环境,进行电磁场数值仿真计算以及设置入射波与介质圆柱边界条件.用完美匹配层、矢量亥姆霍兹方程解决了吸收边界和平面波入射有损介质的问题.将平面电磁波入射到介质圆柱上的状态很好地模拟出来.     

再辐射边界条件在FDTD中的应用

目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优越,设计思路清晰,编程简单,内存占有少,计算时间短的优点。推导了在离散网格中再辐射边界的反射系数与时间及空间步长的关系,通过时域有限差分方法（FDTD）进行了验证,与理论值基本相符。     

汽车起动机电磁场有限元仿真

起动机是汽车起动系统的关键部件之一,而电磁场是起动机能正常运转的重要条件。现给出了汽车起动机电磁场的有限元计算方法,通过采用Ansoft构建起动机整体剖分模型,设置仿真边界条件后绘制有限元网格,计算得到了起动机内部稳态电磁场分布情况,结果表明该起动机有限元分析模型的合理性。最后,通过试验的方法获得起动机磁场的实测数据,经误差分析验证了起动机电磁场仿真结果的真实可靠性,为今后进一步优化设计起动机结构提供了一定的指导和借鉴。     

电涡流传感器的有限元仿真研究与分析

电磁场的分布情况是影响电涡流传感器灵敏度和线性度的主要原因.从电涡流传感器的基本原理出发,采用有限元方法,利用ANSYS语言,通过建模、定义材料特性、划分网格、设置边界条件、加载及求解等,对电涡流传感器的电磁场进行仿真研究,并由理论公式验证模型的正确性.通过计算3种尺寸参数不同的线圈,研究分析了线圈的形状结构对传感器灵敏度和线性度的影响,对于电涡流传感器线圈的设计具有指导意义.     

粒子群优化算法边界条件研究

粒子群优化算法在搜索全局最优过程中,粒子可能超出界限。针对该情况,提出5种新的受限制的边界条件,将出界粒子随机置于搜索空间内。通过基准函数将这5种边界条件与原有的6种边界条件进行对比测试,并从全局最优和收敛速度两方面对仿真结果进行分析,结果表明,新提出的随机重置的边界条件其性能明显优于置于边界的情况,无形/吸收的边界条件也稍优于其他不受限制的边界条件。     

电磁场产生装置的仿真与设计

在电磁场应用问题的研究中为了解决电磁场产生装置在工作点的漏磁感应强度不足,磁感应强度不稳定及其在指定路径上的分布等问题,为了满足磁感应强度稳定性要求,提出了电磁场产生装置的优化仿真设计方法,建立了电磁场计算的数学模型,并采用有限元方法对电磁场产生装置进行计算.建立了以工作点的磁感应强度为目标函数的优化模型,得到磁极气隙宽度的优化值.采用闭环控制系统实时调整线圈供电电流进而保证工作点磁感应强度满足误差要求.经试验测试,并将试验结果与仿真分析结果进行比较分析,试验结果与仿真分析一致,验证了仿真、优化及控制方法的可行性和实用性.     

正多边形二维静态电场的仿真研究

从二维静态电磁场拉普拉斯方程出发,讨论了正多边形的边界条件处理方法并建立了有限差分方程;以边界形状较为复杂的正八边形二维场域为例,分别利用自己编写的MATLAB有限差分程序和MATLAB提供的一个用户图形界面(GUI)的偏微分方程工具箱(PDE Toolbox)求出了场城内电位分布的数值解和相应图形;将超松弛法引入有限差分程序,加快了收敛速度:最后比较分析了仿真过程中存在的问题并且提出了解决方法.