探索磁场用于大型铁磁性腔体外部感应磁场三维有限元仿真系统开发

论文导读：测试不足的描述58-596.1.2手动计算历程与结果59-616.1.3仿真体系计算历程与结果61-626.2三维静态磁场不足的测试62-686.2.1不足描述626.2.2网格剖分626.2.3计算结果62-68第7章全文总结68-707.1工作总结687.2展望68-70参考文献70-73附录A重心坐标73-75A.1面积坐标73-74A.2体积坐标74-75附录B二维静态磁场测试相关
摘要：水下载具周围感应磁场的探讨可从对水下地磁导航提供一定的探讨基础，具有很重要的作用。项目组目前主要采取计算机仿真的办法获得所需数据并验证办法或结论。因为此项探讨针对的水下载具的形状为大型腔体，材料一般为铁磁性，所从项目组重点关注大型铁磁性腔体周围磁场的分布和变化。利用剖析办法获得场不足的严格解这种办法对求解不足有很多限制，如欲求解区域须有简单的几何形状和边界条件，对于铁磁性物体的磁场分析不足，还需要使铁磁性部分的磁化特性理想化，所从项目组采取有限元计算的办法。因腔体运动姿态变化相对缓慢，在探讨的初步阶段可将腔体周围感应磁场分析当作静态磁场不足处理。本论文首先详细阐明了用有限元办法进行腔体周围感应磁场分析的原理、计算步骤，并列出二维和三维静态磁场不足的泛函和全局节点偏微分方程组，然后针对仿真体系的主要功能之一——背景磁场的创建进行了详细的分析，并推导出创建背景磁场需要的Dirichlet和Neumann边界条件。因为磁场有限元计算的一般变分泛函不适合Neumann边界条件的添加，为了创建背景磁场，需要选用合适的变分办法。本论文采取积分法，对二维和三维磁位方程进行积分，推导出含有Neumann边界条件项的积分方程作为求解模型的基础，然后编写了基于该方程的求解模型，并构建了仿真体系的主要框架。最后通过与手动计算的结果相对比，验证了仿真体系计算结果的正确性。关键词：铁磁性腔体论文磁场论文有限元论文软件开发论文
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ABSTRACT5-6
目录6-9
第1章 绪论9-16

1.1 课题的来源9-10

1.2 课题的探讨内容10-11

1.3 三维有限元计算机仿真体系开发思路11-16

1.3.1 计算机仿真体系的功能需求及层次结构11-12

1.3.2 计算机仿真体系的开发思路12-16

第2章 有限元办法的原理和计算步骤16-22

2.1 有限元办法的计算原理16-20

2.

1.1 加权余量原理——积分弱形式18-19

2.

1.2 积分弱形式的逼近——加权余量伽辽金法(Galerkin)19-20

2.2 有限元办法的收敛性讨论20

2.3 有限元办法的一般分析步骤20-22

第3章 静态磁场不足有限元计算的一般办法22-29

3.1 二维静态磁场不足的有限元计算22-27

3.2 三维磁场不足的有限元计算27-29

第4章 背景磁场的创建与Neumann边界条件的添加29-34

4.1 产生背景磁场的思路29-30

4.2 二维背景磁场方向的确立30-31

4.3 三维背景磁场方向的确立31-32

4.4 背景磁场大小的确立32

4.5 合适的变分办法——积分法32-34

第5章 有限元仿真体系的开发34-58

5.1 仿真体系开发的要求34-36

5.2 几何建模模块的构建36-37

5.3 网格剖分模块的构建37-49

5.

3.1 几何模型的再剖分37-39

5.

3.2 生成求解器输入网格文件39-49

5.4 求解器的构建49-56
5.

4.1 求解器的输入文件格式49-52

5.

4.2 线性与非线性不足的求解算法52

5.

4.3 时变不足的计算对策52-54

5.

4.4 Dirichlet边界条件不足的求解54

5.

4.5 Neumann边界条件不足的求解54-56

5.5 求解模型的编写56

5.6 操作界面的编写56-58

第6章 仿真体系的测试58-68

6.1 二维静态磁场不足的测试58-62

6.

1.1 测试不足的描述58-59

6.

1.2 手动计算历程与结果59-61

6.

1.3 仿真体系计算历程与结果61-62

6.2 三维静态磁场不足的测试62-68
6.

2.1 不足描述62

6.

2.2 网格剖分62

6.

2.3 计算结果62-68

第7章 全文总结68-70

7.1 工作总结68

7.2 展望68-70

参考文献70-73
附录A 重心坐标73-75
A.1 面积坐标73-74
A.2 体积坐标74-75
附录B 二维静态磁场测试相关文件75-79
B.1 几何描述与网格剖分文件75
B.2 求解器设定文件75-77
B.3 计算结果77-79
作者介绍及在学期间发表的学术论文79-80
致谢80