工程电磁场数值分析1概述.ppt

工程电磁场数值分析（0） 华中科技大学电机与控制工程系 陈德智 2010.11 推荐教材或参考书 颜威利.电气工程电磁场数值分析.机械工业出版社, 2006 汤蕴璆.电机内的电磁场.科学出版社,1998 周克定.工程电磁场专论.华中工学院出版社,1986 倪光正.工程电磁场数值计算.机械工业出版社,2004 金建铭.电磁场有限元方法.西安电子科技大学出版社,1998 刘圣民.电磁场的数值方法.华中理工大学出版社, 1991 推荐教材或参考书 章本照.流体力学数值方法.机械工业出版社,2003 阎照文.ANSYS10.0工程电磁分析技术与实例详解.中国水利水电出版社,2006 孙明礼.ANSYS10.0电磁学有限元分析实例指导教程.机械工业出版社,2006 刘国强.ANSOFT工程电磁场有限元分析.电子工业出版社,2005 第0章 绪 论 为什么要做电磁场的分析 电磁场分析所要解决的问题 电磁场分析的主要方法 电磁场数值方法的现状和趋势 本课程的内容与定位 1. 为什么要做电磁场的分析 电磁现象的两种分析方法：电磁场与电路 1. 为什么要做电磁场的分析 路与场分析的是同一种对象。 路采用集成参数化方法，简单，近似。 场是分布式的，复杂，但是更加本质，给出更多更加真实的信息，揭示问题的实质。 场是路的基础，路是从场中抽象出来的。 借助于实验和经验，路的做法很多时候也很有效；但实际上是一种不得已的做法。 1. 为什么要做电磁场的分析 很多时候必须知道场的分布，并对之加以控制。 1. 为什么要做电磁场的分析 传统的电机也许已积累了充分的经验，但即便如此，想比别人出色一点，就离不开场的研究。 各种新型电磁装置的设计都离不开场的分析。 电磁兼容问题、集成电路设计、雷达与隐身问题、核磁诊断，等等都离不开场的分析与计算。 场的计算还是认识复杂电磁现象的几乎唯一的技术途径。 1. 为什么要做电磁场的分析 2. 电磁场分析所要解决的问题 电磁场的正问题： 给定场的计算区域，各区域材料的组成和特性，以及激励源的特性，求场域中场量随时间、空间分布的规律。（由源求场） 工程问题 物理模型 数学模型 求解方法 结果分析 2. 电磁场分析所要解决的问题 电磁场的逆问题： 给定电磁装置理想的性能指标或参数、场型分布等，通过对装置的优化设计来实现这一目标。实际上就是电磁装置的综合设计问题。（由场溯源） 逆问题的求解一般都是将其化为一系列的正问题，通过某种优化算法，不断的修正源（包括边界条件、介质等）的分布，逐渐逼近所需要的场。 逆问题的求解过程 3. 电磁场分析的主要方法 作图法：定性分析，粗糙 实验法：成本高昂，有时无法实现 实测法 模拟法 计算法： 解析法 数值法 3. 电磁场数值方法的现状和趋势 数值法的发展与计算机技术的发展不可分离； 目前已开发出大量的商用软件，可以满足工程电磁场分析的部分要求； 新的问题仍然存在，新的方法仍在不断提出； 目前的难点和热点： 多物理场的耦合问题； 逆问题； 并行计算方法； 新材料、新领域 正在申报的“强电磁工程与电气新技术国家重点实验室”电磁场方向研究内容 多种空间和时间尺度并存的复杂电磁场分析理论与方法； 电磁、热、力等多场耦合分析理论与方法； 器件与系统的场路耦合综合分析与仿真； 带电粒子束、等离子体产生场与外加场的相互作用对场型优化的影响； 非线性、各向异性电磁电工材料的电磁特性研究； 磁约束核聚变、加速器等装置中复杂电磁场位形的设计、优化与实现； 研究托卡马克、加速器等大型复杂电磁装置的虚拟样机技术。 回旋加速器主磁铁 4. 本课程的定位与内容 兼顾基础性和实用性 （1）电磁场分析理论研究；——基础 （2）应用电磁场软件解决工程问题。——应用 使用商用软件解决工程电磁场问题 熟悉电磁场的基本概念： 确定分析模型； 解读分析结果，寻找有用信息 了解算法的一般原理和思想： 用最少的计算资源得到最好的结果 5. 本课程的定位与内容 强调电磁场的物理概念 如何建模 如何分析、解读结果 算法的基本原理 不过多关注程序 不太多涉及软件 以有限元方法为主 也介绍其他方法，以扩大眼界 必然涉及数学，但不过分强调数学本身 作业： 翻一翻电磁场理论基础方面的书，熟悉有关的数学符号，特别是“三度”（梯度、散度、旋度）的概念； 请说一下你对这门课的理解和期望。 （400字左右） * * 感应电机在不同转差下的磁通分布 回旋加速器磁铁的三维有限元分析 电磁场 问题研 究方法 计算法 实验法 作图法 解析法 数值法 实测法 模拟法 定性 定量 积分法 分离变量法 镜像法、电轴法 微分方程法 保角变换法 有限差分法 有限元法 边界元法 矩量法 模拟电荷法 数学模拟法 物理模拟法 分离变量法、格林函