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1、《东方电机》1999年第1期电磁学有限元方法的发展状况和应用土海交通大学高攀黄放摘要本文闲述了有限元方法的发展状况和应用前景。关键词有限元数值计葬电磁场引言剖分及加密技术能比较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结,有限元方法在数值计算方法中占有极为果对网格进行增加剖分密度的调整在网格重要的地位。从当前电磁计算的前沿发展来密集区采用高阶插值函数,以进一步提高精,,,。看有限元方法在应用中不仅本身具有很大度在场域分布变化剧烈区进行多次加密,,。潜力而且结合其他理论和方法也有广阔发目前自适应网格剖分及加密已有多种方法。一Adtmesh自
2、适应网展前景本文从有限元方法与其他理论及方aP格自动剖分及加密软,法相结合角度阐述了有限元方法的发展和应件采用边界控制法使二维自适应有限元通用状况。用前处理系统具有使用方便、直观、通用性强和效率高等特点。6500M在对VA冲击式发,2有限元方法的发展状况电机端部磁场的计算中节点编号优化前后,相比其系数矩阵一维压缩的实际空间由56,,近年来有限元方法的发展步伐日益加万多减至3万多CPU时间由720min减至,,。,快除了有限元方法自身日趋完备外在与其Zomin在网格剖分与加密处理中目前提出。Delauy他理论和方法相结合方面也有了新的发展的约束na三角
3、剖分新算法运用于有,这些前沿性发展包括一些已经取得了较大发限元网格自动生成过程中并采用新的数据,,,,展并有相当应用范围的成果如自适应网格结构实现了节点快速插入效率和网格质量剖分、三维场建模求解、祸合问题、开域问题、都较高。,、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质众所周知有限元方法在解决非线性多,,的处理等还包括一些尚处于探索性阶段的媒质电磁场间题上十分有效但在处理开域,、。工作如拟问题人工智能和专家系统在电磁场时存在缺点鉴于目前的计算机速度及内装置优化设计中的应用、边基有限元法等。有存条件,若用有限元法解三维涡流场端部,将,限元方法与其他理论及方
4、法的结合使有限会产生计算机无法胜任的庞大数据及计算元发展有了质的飞跃。量。而目前所采用的处理方法包括采用有限网格剖分与加密是有限元方法发展的元法与边界元法相结合的祸合法、膨胀技术、“”,,瓶颈间题之一目前所采用的自适应网格等效边界变换和渐近边界条件等却能使所:19989月25来稿时间年日《东方电机》1999年第1期,,,求区域的场量求解精度进一步提高并可拓当前根据电磁现象的变化快慢程度有。,宽有限元法在电磁计算中的适用范围例如限元方法电磁计算的前沿性课题可分为三大一,,、。采用全H棱边有限元边界元藕合法对类即静磁场涡流场和高频场等其应用范,,、30o
5、Mw汽轮发电机空载三相突然短路时端围十分广泛如电机的电磁分布电磁力变,、、部涡流场及电动力的计算便取得了相当满形转子运动动态变化过程以及与电力电子意的结果。装置相结合等情况下的分析和特性预测、电在目前有限元方法理论本身与其他理论机参数的计算等。目前较新的应用有传动调,、,相结合的发展过程中如有限元电磁计算的节器的计算变压器及其他电力系统元件如逆问题、边基有限元间题等,近年来虽也已用高压绝缘子、高压线圈、输电线电缆、接地系于二维场域尺寸、电流及导体位置安放等的统、输电线和配电线的外部磁场、电晕等的分,、,、、优化设计以达到场的形状参数及力的分布析感应加
6、热电磁搅拌冶炼过程的电磁分,。,。等的优化但仍有待进一步研究其实际应用离选料具有分布式参数的无线计算等此还包括具有高均匀度的核磁极的设计、凸极外,还有一些较新的产品开发和研究项目,如,。电机磁极设计及气隙磁场的设计等这些研核磁共振对人体影响等的分析,国际上目前发表了众多关于有限元方法究为电磁计算有限元方法本身理论的发展。,a及其在电磁装置设计中的应用奠定了基础的应用文章其中Tkayoshi等人采用时谐有限元与边界元相结合的方法对三维静磁场,s3有限元方法的应用进行了研究并对Eptein模型进行了采样。。计算离散单元数据及CPU时间见下表离散单元数及C
7、PU时间项一有涡流区无涡流区一单节一兀点一一数1411216643未知变盘38809非零元素数600024所需内存数(MB)15.5非线性迭代次数8~13(迭代5步)ICCG法迭代次数130091077951总CPU数(h),一由上表可见采用时谐有限元法与采用用有限元时域法(FETD)对高频暂态下导,,,时间步长有限元法相比其CPU时间缩短线磁场祸合间题进行了计算在实际计算中,。;了2倍在涡流模型中采用棱单元分析比用他们都得到了较好结果。,节点单元分析CPU时间减少了5倍用此方在有限元的工程应用中对场域内介质,。,法计算电力设备三维静磁场效果十分明显
8、间相对运动问题的分析也比较突出这常见另外,尚有T.P.WebT一n于电机、。b应用棱单元有电磁物体发射和涡流
