不同电磁边界设置的仿真研究

首先介绍了电磁边界设置在电磁场计算中的重要意义和常用的四类边界条件的基本原理;其次对三维PML吸收边界条件进行了深入探讨:选取IOOMHz的平面波为激励源,分别采用四类边界条件,以典型长方体导体槽为分析模型进行电磁场模拟吸收的数值仿真:最后比较仿真结果得出了各种边界条件的应用范围.     

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.     

全波场地震波数值模拟中的边界处理实践研究

在用有限差分法或有限元法模拟无界区域中的波动时,需要对计算区域的边界做特殊处理,以消除由于把地震波的传播设定在有限区域而产生的边界反射。为了这一目的,人们研究出了多种人工边界处理方法,完全匹配层（PML）吸收边界条件就是理想的方法之一,现已被广泛应用。本文将PML吸收边界条件应用于全波场地震波的数值模拟,数值计算实验表明,对qP波,匹配层的厚度为5个网格间距即可达到要求,而对qSV波与qSH波,为达到理想的吸收效果,匹配层的厚度应当增大,当厚度为13个网格间距时达到了理想的吸收效果。     

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.     

基于改进型UPML吸收边界条件的电磁波数值模拟

基于分裂场的完全匹配层(PML)吸收边界条件完成了对非物理反射波的吸收,初步实现了有限区域对无限开放空间的数值模拟,然而在计算区域的边界上需要对场分量进行分裂,增加了Maxwell方程组中独立方程的个数,使场分量迭代复杂,增大了数值计算量.单轴各向异性完全匹配层(UPML)边界条件则不需要对场分量进行分裂,迭代公式简单,便于程序实现,本文在常规UPML上增加了自由可变因子,使得对低频成分的反射波具有更好的吸收效果.本文首先推导了TMz波的改进型UPML方程组,给出了改进型UPML的介电参数分布方式,详细介绍了该算法的程序实现步骤,并以数值算例进行验证,分别采用基于分裂场的PML、常规UPML和改进型UPML边界条件进行数值计算,并从波场快照、时间域反射误差和频率域反射误差等方面,对比了三者的吸收效果,结果表明;在电磁波传播后期,改进型UPML吸收边界条件对低频率成分的反射波具有更好的吸收效果,更真实地模拟了开放的无限空间.     

超声表面波在均匀弹性介质中传播的数值仿真

对半无限大弹性空间的垂直脉冲力的系统表面响应问题进行分析,建立以脉冲力函数作为等效载荷,一致性粘弹性吸收边界条件的二维有限元模型。模拟超声表面波在均匀弹性介质中的传播。对网格大小、吸收边界、时间步长等因素造成的数值频散误差进行分析,确定最优的模型参数。通过对节点的信号处理,得到的频散曲线与理论上相符合。该模型为超声表面波无损评价提供了仿真的基础。     

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.     

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。     

Ⅲ-Ⅴ族半导体平面波导谐振腔滤波器

基于四端口谐振腔滤波理论,采用3D时域有限差分法(3D-FDTD)结合完全匹配层(PML)边界条件,对并联矩形驻波型谐振腔和并联环行行波型谐振腔滤波器进行了数值仿真和优化设计.所制作的GaAlAs/GaAs平面波导四矩形并联驻波型谐振腔滤波器、单环行波型谐振腔滤波器和三环并联行波型谐振腔滤波器的测试结果与仿真结果符合较好.     

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。     

基于FDTD的机载短波天线辐射特性分析

机载天线辐射特性的研究对于机载天线的设计与布局具有重要的意义。机载天线在机身的影响下会改变其原有辐射特性,针对上述问题采用时域有限差分法(FDTD)对机载短波天线的辐射特性进行了分析,并应用FDTD对某型号机载短波天线进行了仿真:使用软件建立整机模型,应用自适应网格对其进行了剖分,设置了PML吸收边界,添加激励并计算得出增益方向图,最后将仿真结果与实测结果进行了比较,二者在天线工作频带内吻合,验证了FDTD对机载天线辐射特性进行分析的有效性与实用性。     

蝶形天线的计算机仿真设计

蝶形天线是在脉冲型探地雷达中广泛采用的一种宽带天线。本文采用时域有限差分算法(FDTD)结合PML吸收边界条件分析了蝶形天线在高斯脉冲激励下的时域特性,通过傅立叶变换,计算出天线的方向图和在不同频率下的输入阻抗,结果表明FDTD算法用于分析蝶形天线是有效的。     

面向非牛顿流体仿真的边界处理方法

针对现有的光滑粒子流体动力学(SPH)非牛顿流体仿真方法的边界条件不合理问题,提出一种适用于非牛顿流体仿真的边界处理方法.首先使用Cross模型实现牛顿流体和非牛顿流体的统一建模;然后通过对固体边界粒子进行加权计算,为边界处的流体粒子设定边界力的法向量;最后采用Coulomb摩擦力边界条件对边界处流体粒子的速度进行迭代更新,并将其融合到预测-校正算法框架中.实验结果表明,文中方法能够根据用户的需要调节流固边界处的摩擦系数;与自由滑移边界下的仿真相比,该方法下非牛顿流体黏度随速度的降低而增大,并表现出固体形态的物理特性.     

基于改进的混沌PSO算法的钢坯坯壳厚度软测量

钢坯的质量受坯壳厚度的影响,坯壳厚度的实时监测可帮助二冷控制系统提供更好的水量设定值。但钢坯生产过程复杂,直接测量坯壳厚度的成本较高,并且实现困难。针对该问题,提出了基于钢坯二维热传导模型的软测量方法。二维热传导模型的边界条件是影响软测量精度的重要参数,因此基于钢坯表面温度测量值,建立辨识边界条件的优化模型,提出改进的混沌粒子群优化(PSO)算法。仿真实验验证了,改进的混沌PSO算法在收敛速度和收敛精度上得到了提高。基于校正的二维热传导模型得到的坯壳厚度与射钉实验值很接近,软测量精度提高了14.24%。     

TTI介质井间地震波场紧致交错网格高阶有限差分模拟及边界条件

研究井间地震波场的形成过程以及波场的传播机理、规律,对于指导实际井间地震勘探有着重要的意义．从具有倾斜对称轴的横向各向同性介质（TTI）的二维三分量一阶速度-应力弹性波方程出发,采用高阶紧致交错网格差分算子对方程进行差分离散,得到了TTI介质中井间地震波场正演的高阶有限差分格式．并推导了TTI介质完全匹配层吸收边界条件公式和相应的紧致交错网格高阶差分格式,在此基础上实现了二维三分量TTI介质中井间地震波场模拟．数值算例表明：紧致交错网格高阶有限差分方法模拟的记录精度高,数值频散小,该方法能够精确的模拟复杂各向异性介质中的地震波传播过程,可以得到高精度的正演记录．完全匹配层吸收边界能有效地解决人工边界问题,是一种高效的边界吸收算法．     

基于提升算法JPEG2000小波变换的硬件实现

提出了一种基于提升算法的高效JPEG2000二维离散小波变换(2D-DWT)硬件结构,将边界延拓内嵌于离散小波变换过程中,减少了所需的内存空间和功耗。采用W扫描输入方式和行列并行处理结构,加快了变换速度,大大提高了小波变换的效率。整个二维离散小波变换结构已经通过FPGA硬件仿真验证。     

基于Matlab的光子晶体波导仿真研究

本文首先介绍了光子晶体波导的原理,然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件,最后运用matlab语言实现二维光子晶体波导的仿真。     

二维Logistic映射的动力学分析

对二维logistic映射的动力学研究有助于认识和预测更复杂的高维非线性系统的性态.利用解析计算和实验分析相结合的方法揭示出:(1) 参数空间中二维logistic映射发生第一次分岔的边界方程;(2) 二维logistic映射可按倍周期分岔和Hopf分岔走向混沌;(3) 二维logistic映射的吸引盆中周期和非周期区域之间的边界是分形的,这意味着无法预测相平面上点运动的归宿;(4) Mandelbrot-Julia集的结构由控制参数决定,且它们的边界是分形的.     

二维PCA非参数子空间分析的人脸识别算法

提出一种结合二维PCA(2DPCA)的二维非参数子空间分析(2DNSA)人脸识别算法.利用2DPCA对原始图像矩阵进行特征降维,以降维后的特征为训练样本,进行二维非参数判别分析,并综合考虑类边界样本对分类的影响,采用2DNSA实现更合理的特征提取.基于Yale、LARGE人脸数据库的实验结果表明,与(2D)2pCA、2...     

基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发

介绍了一个基于时域有限差分法（FDTD）的二维光子晶体器件设计软件PCCAD,所用的核心算法是时域有限差分法。与同类FDTD商业软件相比,特点在于其具有多种光子晶体结构编辑模板,多种点源、线源,先进的边界吸收技术及多种参数优化扫描等功能。快速傅里叶变换及Pade算法在软件设计中的应用使模拟更加精确、快速。软件适用于各种平面光子晶体的仿真设计,探索新的器件结构。最后,利用此软件设计了直波导、T型波导等二维平面光子晶体器件。