范文一:QuickField_intro电磁场模拟软件使用说明
高效电磁、热、应力多场耦合分析软件QuickField ?
QuickField ? 是一款高效的电磁、热、应力多场耦合分析软件包。它包括一系列的分析模块,使用了最新的求解器,具有界面友好的模型编辑器和功能强大的后处理器。
QuickField 的应用领域
工程应用
QuickField 可有效应用于众多工程项目,通常,QuickField 可用于设计电动机、涡轮发电机、致动器、传感器、扬声器、变压器、传输线、热传导系统,以及其它复杂的电子和电动设备。
QuickField 的应用不仅仅是这些,如果你想知道QuickField 是否能解决您的问题——欢迎和我们联系,我们将会非常荣幸的为您提供服务。
教学研究
QuickField 不仅是专业工程师、设计师、研究人员的强大辅助工具,而且QuickField 也是用于本科生和研究生教学的极佳教学工具。
? QuickField 能够适用于非常广泛的教学应用范围。 ? QuickField 的操作界面非常友好,简单易学。
? 用户仅需经过简单的培训即可操作,QuickField 的使用者甚至可以没有任何数学背景。
QuickField 的特征
简单的参数建模工具LabelMover ,把复杂的分析难题转化成一系列连续的简单步骤,只需点击鼠标操作。. QuickField 在最新的Windows 环境下运行,结构紧凑,功能强大,可以应用于多种设计。
QuickField 的FEA 内核QuickField 的特色在于它具有一个高效和友好的有限元分析内核。现在,在有限元分析的基础上,QuickField 也变成了一个开放的工程应用软件开发平台,所有用户可以不仅仅拘泥于QuickField 的图形用户界面,还可以在QuickField 内核的基础上开发自己的专业程序或软件。而使用的开发语言包括最新的Visual Basi,C++,Delphi 等等。
以下三个通用工具可以用来扩展QuickField 的功能。
? QuickField LabelMover
这个简单的工具可用于指定修改QuickField 模型的几何参数以及物理性质。求解后以表格或图表的形式输出结果。因为QuickField LabelMover 的基础是ActiveField technology,所以,完全不需要自己编程---全部通过图形界面简单操作。LabelMover 可应用于QuickField 描述的任何问题。
? Data Converter
Data Converter是基于的一个工具,它使得数据可以在QuickField 数据编辑器和Microsoft Excel中自由转换,并且命令行格式和问答格式皆可。
? NLConfig
NLConfig 是用来调节QuickField 专业版网络安装的工具。它仅适用于专业版本的QuickField 。
QuickField 的应用模块
QuickFiel d 针对特殊的分析类型由几个模块组成,每个分析包都包含前处理器和后处理器。QuickFiel d 的解答器是基于最新的计算技术,具有高效的运算速度。根据所解决问题的方程不同,软件包分为以下几个模块。
? 瞬态磁场分析 ? 直流磁场 ? 交流磁场 ? 静电分析 ? 直流传导 ? 交流传导 ? 热传导 ? 应力分析 ? 电路 ? 多场耦合
QuickField 的组成部分
前处理器
QuickField 的前处理器让您能够快速、简单、完整的定义模型。您也可以从AutoCAD 或其他CAD 软件导入模型零部件。建立模型后,即可轻松划分网格。
您甚至可以不需要选择网格尺寸,因为前处理器已经内嵌了精密的网格程序,它可以根据您的几何模型自动划分平滑的网格。你可以指定几何区域或边界,独立的划分网格。同样,修改网格的操作也是非常简单的。
数据编辑器
在QuickField 中数据定义是给几何模型的各个部分附物理参数,如边界、实体、点。这些条件设定都由数据编辑器来完成。对不同的问题类型数据文件可能不同,但在软件中的表达和操作几乎是一样的。
您可以定义一个边界条件或场源作为时间或与之相关变量的函数。 QuickField 支持输入函数定义场值。您同样可以定义非线性材料。
FEA 求解器
QuickField 特有的“几何分解法”,解决了常规有限元分析的主要缺点,为您提供了一种极其高效的仿真工具。几何分解法? 完成了以下几个目标:最优化了网格划分,在短时间内完成从粗糙到精细网格尺寸的完美过渡。
QuickField 具有高效的FEA 求解器
生成一个有100000个节点的大型网格问题然后解答,一切只需几分钟,而且您的机器只需64兆的内存。
正如以下图表所描述的,求解时间和网格节点书几乎是成正比。
一个线性直流电磁问题的求解时间
硬件配置:CPU: AMD 1700+, under Windows XP Professional
后处理器
QuickField 的交互式后处理器帮助你分析不同绘图形式下的计算结果,包括:张量绘图、矢量绘图、场分布线、粒子轨迹、彩图、任意轮廓图、截面图。QuickField 具有功能强大的计算器,这使得获取各种设计参数,积分任意边面和区域能够更简单快捷。
QuickField 应用模块简介
Transient Magnetic 瞬态磁场
瞬态磁场模块是专为低频和中频电磁场的瞬态过程设计的。
在QuickField 中瞬态磁场分析通过时阶与直流磁场联合在一起。所以,直流磁场分析的特征在瞬态磁场模块中能够全部体现。
瞬态磁场模块可用于研究开关的on/off切换,故障运行,非线性磁性材料装置的交流感应,有源电装置的脉冲分析,以及其它交流和直流方法不能很好解决的仪器设备的动态物理过程。 瞬态磁场仿真可以和电路耦合应用。
瞬态磁场模块可用于设计和分析电磁装置,比如螺线管、电磁传感器、电动机、磁屏蔽罩、永磁体,以及这些东西的组合扩展。 瞬态磁场模块的特征:
? 材料:线性或非线性磁导率 ? 处理B-H 曲线
? 具有线性或非线性退磁曲线的永磁体
? 对轴对称公式采用特殊的近似函数,保持旋转轴附近参数的高度准确性。
? 结果:磁流密度、磁场强度、磁势、磁导率、磁能、自感和互感、电磁力、扭矩及其它积分变量。 ? 耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构 耦合)。损耗的能量可成为热源,并
做热分析(发电机-热 耦合)
DC magnetic 直流磁场
直流磁场(静磁)模块可用于分析静磁场问题。这里的静磁场可由外部激磁或直流电流产生,也可由永磁体产生或者是直接由边界条件设定的外场。
当交流频率低到可以用静态来考虑时,直流磁场和交流磁场相像。但与交流磁场不同的是,直流磁场模块允许在场模式中包含任意的非线性材料和具有强磁力的永磁体。 直流磁场模块是用来设计和分析螺线管、电动机、传感器、磁屏障、永磁体、激励器、磁盘驱动器等装置的。
直流磁场模块的特征
? 材料:线性或非线性磁导率 ? ?
处理B-H 曲线的特殊功能
具有线性或非线性退磁曲线的永磁体
? 超导体 ? 并联和串联
? 狄氏边界条件和纽曼边界条件 ? ? ?
对轴对称公式采用特殊的近似函数,保持旋转轴附近参数的高度准确性。
结果:磁流密度、磁场强度、磁势、磁导率、磁能、自感和互感、电磁力、扭矩及其它积分变量。 耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构 耦合)。
AC Magnetic 交流磁场
交流磁场模块可用于多种问题的分析。比如需要研究源电流时谐变化产生的磁场或时谐磁场产生的电流(涡流)、集肤效应、近场效应、计算阻抗、焦耳损耗、电磁力。
作为电磁仿真的一种特殊类型,交流磁场分析要求所求解的问题中电流和电压具有相同的频率,所有的介质需要有线性的参数。否则,非时谐问题就需要用瞬态磁场分析了。然而,交流磁场模块运算速度快,是解决复杂的电磁问题的首选方法。
交流磁场模块能够非常好的应用于设计感应热装置、绕组、变压器、螺线管、电动机,以及其它的感应器。
交流磁场模块的特征
? 材料: 各向异性介电常数, 已知电流或电压的载流导线。 ? 负载: 电压、总电流、多相交流电、电流密度, 外加场。
? 边界条件: 指定电压值 (狄氏条件), 指定切向通量密度 (纽曼条件) ? 超导体
? 结果: 磁势、电流密度、电压、通量密度、场量密度、力、扭矩、焦耳热、磁能、交流阻抗、自感和
互感系数及其它积分量. 大多数量都表示为振幅-相位形式(复杂情形),有必要时,也可表示为平均时间的函数和RMS 值。
? 耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构 耦合)。损耗的能量可成为热源,并
做热分析(发电机-热 耦合)
Electrostatic 静电模块:
静电模块可用于仿真已知电荷/电荷密度或电压分布产生的电场。QuickField 的静电模块可以仿真电荷粒子在电磁场中的运动轨迹。
静电模块可用于设计分析绝缘系统,电缆和电容,电子管,高压设备。同样也可用于电磁兼容性,生物医学等方面的研究。
静电模块的特征
? 各向异性介电常数 ? 分散或集中电荷 ? 浮置导体
? 狄氏边界条件和纽曼边界条件
? 结果: 电压、电场、电位移、电容、电梯度、应力、扭矩以及其它积分量, 粒子运动轨迹。 ? 耦合:电场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构 耦合)。
直流传导
直流传导(电流流)模块可以仿真导体介质中的 直流电分布。在QuickField 的直流导体模块中,电流可能由施加在导体上的电压产生,也可能边界区域上有已知电流密度。直流导体分析模式是其它电场分析的很好的补充,如QuickField 中的静电和交流导体模块。
直流传导模块可用于传导系统的设计和分析,比如连接器,印刷电路板,生物医学中的生物导体等等。
直流传导模块的特征
? 各向异型介电常数 ? 电压源或电流密度源 ?
狄氏边界条件和纽曼边界条件
? 结果: 电压、电流密度、电场、能量损耗、表面电流、以及其它积分量。 ? 耦合: 损耗的能量可成为热源,并做热分析(发电机-热 耦合)
AC Conduction 交流传导
交流传导模块可用于分析由在边界区域上的时谐电压或时谐电流产生的电场。并且假定电介质具有非零小介电常数。在交流传导分析中所关心的物理量是电压,感应电流,电场,焦耳损耗,电容和电场力。
交流电分析模块可用于设计和分析多种传导系统,如电容器,电缆绝缘系统以及其他应用技术。
交流传导模块的特征 ? 各向异性传导率 ? 各向异性介电常数 ? 电压源和电流密度源 ?
狄氏边界条件和纽曼边界条件 扭矩和电能。
? 结果: 电压、电场、传导和反向电流密度、通量密度 (电位移) 、 焦耳损耗、自感和互感电容、力、? 耦合:磁场力可施加于结构上,并做应力分析(发电机-结构 耦合)。损耗的能量可成为热源,并
做热分析(发电机-热 耦合)
Heat Transfer 热传模块
热传模块是用来分析稳态和瞬态热传过程的温度分布。 热传模块中的热源可以直接从QuickField 中的其它问题指定,如交流磁场分析所得的焦耳热损耗。
热传模块可用于设计和分析许多不同的电系统和机械系统的温度性能。
热传导模块的特征
? 具有任意初始场分布的稳态或瞬态公式,非线性热源和可变时间参数。
? 非线性或各向异性属性。 ? 散热源或集中热源 ? 热源是温度的函数 ? 热源由电能损耗产生 ? 边界温度和热通量 ? 对流/辐射边界条件
? 结果: 温度, 热通量, 热量梯度, 各部分的热量损耗, 其它积分量。
? 耦合: 产出温度可以在稳恒或瞬态环境下用做热压力分析。也可以在其他稳恒或瞬态问题的结果上
做瞬态热传递分析
Stress analysis 应力分析
应力分析模块可用于计算机械应力,应变和变形。
应力分析模块中的力可在QuickField 其它问题中指定或导入。如
电磁力或热应力。这样的分析通常是用QuickField 仿真复杂电机械装置的最后一个步骤。
应力分析模块的特征
? 平面应力、表面张力、轴对称应力问题 ? 各向异性弹性属性 ? 分散或集中负载 ? 热应力,电磁力 ? 多种支撑条件
? 结果: 位移、应力分量、主应力、 Von Mises 应力、Treska 应力, Mohr-Coulomb 准则和 Drucker-Prager
准则
Electric circuit analysis 电流分析
在QuickField 中交流和瞬磁问题通常定义为电磁场中模型的表面电流。这些公式适用于仿真电磁设备,如具有复杂绕组的马达,组合负载的变压器,也可分析无场情况下的电流问题。 电流分析模块的特征
? 被动元件和主动元件;
? 负载: 恒量, 正弦源或复杂脉冲源(可用函数描述电源参数) ? 结果:各元器件的电压,电流和阻抗。电流和电压随时间变化曲线。
Multi field coupling 多场耦合
QuickField 能够分析多物理场问题。因为,经常需要同时仿真多个物理场或者某个场的分析输出结果需要做为另一个场的输入数据。第二种情况必须在相同的几何模型上定义多物理场,也可能考虑到计算出的加载量或场源分布,以及其它的人为定义的负载和边界条件。
您可以在一个问题中联合几个耦合类型。比如,当在一个模型文件中计算出独立的电流分布,静电和磁场后,你可以根据焦耳热计算温度分布,然后再同时分析由温度,电和磁产生的应力。
支持以下几种耦合模式 源: 直流磁场 + 交流磁场 瞬态磁场 + 静电
直流传导 交流传导 恒定热传 瞬态热传 应力分析
+ + + +
目标问题
瞬磁 恒定热传瞬态热传 应力分析
+ + + + + +
+ + + + + + + +
QuickField 的用户
QuickField 具有多种分析选择,所以,它的用户范围从独立的个人到著名的研究机构以及工业集团。他们的行业范围涉及到电气工程,制造行业、生物、化学、等离子物理学,地质学等等。这些用户遍布欧洲、美洲、亚洲、澳洲和非洲,甚至在太平洋的一个小火山岛上,也有QuickField 的客户。我们非常尊重我们的客户,并努力给每一个客户提供最大限 度的技术支持。
计算机硬件要求
计算机:Intel Pentium及以上级别或其同等处理器
操作系统: Windows 98 Second Edition, Windows ME,
Windows NT 4.0 Service Pack 6a, Windows 2000, Windows XP,
Windows 2003 Server, Windows XP x64,
Windows 2003 Server x64. 内存: 64 MB 以上
显示: 分辨率 800 x 600 ,256 色。
QuickField 是丹麦Tera Analysis Ltdgon公司的产品。中仿科技公司是QuickField 中国区独家总代理商,希望 QuickField 软件能给您的工作带来方便和帮助。
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中仿科技是专业从事工程分析软件和咨询服务的提供商,业务主要包括工程咨询服务和企业信息化软件的集成。主要服务领域包括土木工程、机械工业、航空航天、 汽车、电子产品等行业。我们始终遵循“客户满意为止”的服务准则,通过与高校、企业的合作为用户排忧解难、出谋划策、提供专业的技术应用服务。
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范文二:一种电磁场运动模拟仿真软件的开发
摘要:电磁场运动的物理现象在一般的实验室中难以实现,在日常的教学中教师唯有通过模拟仿真软件将这种物理现象重现。利用Flash软件的出色性能,简化的开发过程,能开发出各种适合教学所用的模拟仿真软件。本文以开发电磁场运动为例,介绍了Flash软件在开发模拟仿真软件的优势和如何利用这些优势进行电磁场运动的开发。
关键词:Flash; 模拟仿真软件; 数学函数; 变量; 电磁场运动
中图分类号:TP391 文献标识码:A文章编号:2095-2163(2014)04-0097-03
Abstract:The physical phenomenon of electromagnetic is difficult to achieve in a general laboratory, in the daily teaching teachers can only reproduce this physical phenomenon through simulation software. So it is easy to use FLASH for developing a simulation software during the process of the teaching, due to the good performance of Flash software, and simplification of its development process. This paper takes the development of electromagnetic as an example, and introduces the advantage of using flash simulation software in the electromagnetic development, therefore proposes how to use these advantages in the electromagnetic movement.
Key words:Flash; Simulation Software; Function; Variable; Electromagnetic
0引言
电磁场是物理学上一个重要且实用的概念,日常生活中常常会发生和利用电磁场现象,但因其处于人类感官之外,这一特性的存在进而影响了对电磁场研究的深入开展。而且由于电磁场对实验条件的要求也较为苛刻,普通学校的常规实验室几乎难以达到。本文即致力于这一问题的根本解决,而利用基于Flash CS4软件设计和研发了针对电磁场运动的模拟仿真教学软件。通过这个仿真软件,可使学生直观生动地感知和辨识这种物理现象,从而科学全面地了解和掌握电磁场的学习内容,期待藉此为电磁场的深度研究提供有益助力。
作为经典的二维动画制作软件,Flash CS4不仅能轻松制作精美且动感的界面,尤其是其强大的面向对象编程功能还可以开发出各种具有良好人机交互性的模拟仿真软件。尤其是该软件的设计开发过程简单,周期短,且有一定的扩展性,因而适合多学科的背景的实验开发。本文即以电磁场运动为例,详细介绍在Flash CS4环境下进行的模拟仿真软件的开发。
1FLASH开发模拟仿真软件的优势
1.1可视化界面设计
目前网络上的二维动画大多都是用Flash软件制作实现的,由此即清晰可见其在动画制作方面的实力与作用。Flash软件是一款基于时间轴的可视化动画制作软件,即通过软件的自带工具能所见即所得地创作精彩而又多彩的界面。基于此,由时下大部分模拟仿真软件的使用来说,利用Flash来开发教学类的仿真软件更能得到师生的认可与认定。
1.2成熟的编程环境
Flash CS4的脚本语言AS 3.0具有成熟的编程环境,而且辅助以自带的包括算法、XML、图形、矩阵、网络传输等多个领域的不同类库,开发人员即可编写高性能的交互响应性代码,从而为模拟仿真软件的开发提供一个性能完善的基础平台。
在AS 3.0开发环境中,类型信息以本机机器表示法来引出变量,因此程序的编写过程就可以根据需要利用给变量赋值的方式直接定义变量,这种变量定义和赋值的简单方式,使教师级别的开发者更易掌握、修改以及维护。条件语句的使用更加多样,也更加方便,能通过并列的条件语句分支直接提供多个不同的条件选择,这种并列分支选择的条件语句,则使得开发者和使用者更容易了解和知悉。另外,Math类包括了几乎所有数学函数,通过调用该类中的函数,能满足各种物理公式在编程中的运用和使用,因而大大增加了程序的可读性和扩展性。本文即以电磁场运动模拟仿真软件的开发过程中而用到的变量、if条件和sqrt( )函数为例,来代表性地介绍变量、条件语句和数学函数在Flash编程中的使用格式和使用方法。
1.2.1变量的定义与赋值
3结束语
现实中很多物理现象在普通实验室里均难以呈现,基于此模拟仿真软件即应运而生,因而有效弥补了现实教学中某些客观条件限制,同时也加深了学生对相应抽象知识理解和掌握的透彻程度。本文通过在Flash下开发粒子在电磁场中运动的模拟仿真软件为例,介绍了Flash开发仿真软件的优势,开发过程清晰简明,扩展性强,且适合多学科应用,因而已然目前开发模拟仿真小软件的重点优先选择。
参考文献:
[1]倪应华. 基于Flash的虚拟元器件设计与实现[J]. 仪器仪表学报, 2006(S3):2611-2612.
[2]王琳,吉逸. 基于FLASH技术的虚拟仿真实验开发[J]. 电脑知识与技术(学术交流), 2007(17):1438-1440.
[3]马志强,王妍莉,杨改学. 开发Flash模拟仿真试验的关键技术分析[J]. 中国教育信息化, 2008(17):78-80.
[4]郭德伟,肖天庆. 基于Flash ActionScript的机械类教学模拟课件研制[J]. 现代教育技术, 2009(8):93-97.
[5]赵安庆,王敏杰,刘强强,等. 基于Flash物理引擎的虚拟物理实验设计方法[J]. 湖北大学学报(自然科学版), 2010(2):170-174.
[6]张玉茹.一种模拟仿真机械横波多媒体软件的开发[J]. 智能计算机与应用, 2013(1):45-46,51.
[7]张学军,李刚. 基于Flash的虚拟实验操作交互设计研究[J]. 中国远程教育, 2011(9):84-88.
范文三:电磁场分析软件FEKO
电磁兼容分析软件FEKO (FEKO Suite 5.3)
来文娟 (04085065)
电磁场分析软件FEKO(5.3)
1. 软件背景介绍
FEKO是复杂形状三维结构的电磁场分析软件,是复杂专业电磁场仿真领域中最强大的软件,应用范围非常广泛,由南非的EMSS公司开发。FEKO基于著名的矩量法(MoM)对Maxwell方程组求解,可以解决任意复杂结构的电磁问题,是世界上第一个把多层快速多极子(MLFMM:Multi-Level Fast Multipole Method)算法推向市场的商业代码,在保持精度的前
提下大大提高了计算效率,使得精确仿真电大问题成为可能(典型的如简单介质模型的RCS、天线罩、介质透镜)。在此之前,求解此类问题只能选择高频近似方法。FEKO中有两种高频近似技术可用,一个是物理光学(PO),另一个是一致性绕射理论(UTD)。在MoM和MLFMM需求的资源不够时,这两种方法提供求解的可能性。FEKO中通过混合MoM/PO和MoM/UTD来为电大尺寸问题的精度提供保证,非常适合于分析开域辐射、雷达散射截面(RCS)领 域的各类电磁场问题。FEKO还针对许多特定问题,例如平面多层介质结构、金属表面的涂覆等等,开发了量身定制的代码,在保证精度的同时获得最佳的效率。
2. 主要功能 1.电大问题的求解:
FEKO通过MLFMM、MoM/PO、MoM/UTD从算法上提供了电大问题求解的途径; 2.丰富的求解器选择: FEKO提供多种核心算法,矩量法(MoM)、多层快速多极子方法(MLFMM)、物理光学法(PO)、一致性绕射理论(UTD)、有限元(FEM)、平面多层介质的格林函数,以及它们的混合算法来高效处理各类不同的问题; 3.优化功能:
FEKO提供了离散点计算方法、单纯形方法、共轭梯度法、准牛顿法等多种优化方法; 4.快速宽频响应计算:
FEKO通过自适应频率点采样和插值,提供宽频率响应的快速计算能力; 5.时域求解:
FEKO基于频域分析,同时通过FFT提供时域响应分析能力; 6.强大的前后处理功能:
CADFEKO提供直接面向求解器的3D图形建模和网格划分功能,支持多种CAD格式的网格文件导入:包括FEMAP Neutral (*.neu),AUTOCAD (*.dxf),特定的ASCII,NASTRAN (*.nas),STL(*.stl),ANSYS (*.cdb),ParaSolid等等; POSTFEKO提供图形化后处理能力。 7.二次开发:
FEKO提供循环和分支控制语句,能够输入自定义的函数或进行计算过程的程序化运行。 支持多种硬件和软件平台: FEKO支持所有主流CPU平台和操作系统,包括先进的64位系统和各种并行系统; 8.并行计算:
FEKO提供并行版本,支持分布式内存(MPP)和共享式内存(SMP)并行方式,其MLFMM求解器具有非常好的并行效率。在并行计算中,加速比和效率是并行程序进行评价的重要指标,其中,加速比定义为:单个节点上的运行时间和n个节点上运行时间的比,效率定义为加速比和计算节点个数之比。MLFMM求解器的并行计算效率测试见图1
图1 FEKO-MLFMM求解器并行计算效率
3. 典型应用 天线设计:
基于其独特的高频算法,FEKO广泛应用于包括线天线、面天线、喇叭天线、反射面天线、相控阵天线、微带天线等各种天线结构的设计中,计算和优化各种关心的天线性能参数。 天线布局:
飞机、舰船、车辆等载体上的天线在工作状态下其输入阻抗、方向图等会受到载体的影响,载体的电尺寸通常都比较大,FEKO独特的MM/PO/UTD混合方法对这样的电大尺寸问题非常适用,能有效地优化载体上天线及天线系统的布局方案,类似的影响还包括地面、水面、天线附近的大型目标等。 雷达散射截面(RCS)计算:
对于大型目标、地面目标等的RCS雷达散射截面(目标识别)计算也通常是电大尺寸问题,同样, FEKO的混合高频算法对这类问题也有很好的计算效果。 EMC/EMI分析:
EMC/EMI分析的涵盖范围非常广泛,FEKO适用于系统级的高频EMC/EMI计算,前面提到的天线布局分析实际上就可以完成天线系统的EMC计算。FEKO的很多特有技术对EMC分析非常有效,比如:有多种方法可以模拟介质体和磁性结构、能有效处理真实地面、用多层介质函数可以分析印刷电路板、特别善于处理电大尺寸问题的高频混合算法、自适应频率采样(AFS)技术特别适合于宽带EMC分析等等。 平面微带天线:
FEKO采用全波方法分析微带天线,可以精确获得耦合、近场、远场、辐射方向图、电流分布、阻抗等参数; 电缆系统:
FEKO与CableMod结合起来,可以非常高效地处理系统中的负责电缆束的耦合以及电缆与天线的耦合问题; SAR计算:
不同介质参数区域内的场值可以计算出来。然后这些场值被用于计算规范吸收比(SAR); 散射分析:
利用MoM或MLFMM可以分析电小或电大尺寸目标的散射特性。 介质体和铁磁材料:
FEKO的面等效原理和体等效原理对介质体、铁磁材料体等结构提供有效的计算方式。同时,其在平面多层介质、涂敷线、介质基片等应用领域也提供相应的处理手段。
1.1 套装模块组成
FEKO 套装软件由以下几个部分组成: - 建模分网前处理模块——CADFEKO
- 可选择的高级前处理模块——卡片编辑工具 EDITFEKO - 计算底层执行模块——Prefeko、FEKO、timefeko等 - 后处理模块——POSTFEKO
其中,CADFEKO、EDITFEKO 和 POSTFEKO 是软件的图形操作界面,一般情况下,用户 通过这些 GUI 界面来使用软件。 1.2 界面
图 1-1 建模设置界面 CADFEKO
图 1-2 EDITFEKO界面
图 1-3 POSTFEKO界面 2 算法基础
2.1积分方程方法(MoM/MLFMM) 2.1.1矩量法(MoM) 1、矩量法的一般方法
矩量法是一种基于积分方程的严格的数值方法,其精度主要取决于目标几何建模精度和正确的基权函数的选择及阻抗元素的计算。其思想主要是将几何目标剖分离散,在其上定义合适的基函数,然后建立积分方程,用权函数检验从而产生一个矩阵方程,求解该矩阵方程,即可得到几何目标上的电流分布,从而其它近远场信息可从该电流分布求得。下面以电场积分方程求解理想导体的电磁散射问题为例,简要介绍矩量法的一般方法。
由麦克斯维方程组和理想导体的边界条件可以推导出,表面电场积分方程(EFIE)如下:
inc +Ψ)tan=E tan(jωA
V
r on S(1)
为矢量磁位,Ψ为标量电位,表达形式分别如下: 其中,A
(2)
(3)
定义基函数系列Jn,将电流展开为
(4)
其中In为与第n个基函数相关的n个的电流展开系数。为了将积分方程离散成为矩阵方程,采用伽略金匹配方法,选取与基函数相同的函数系列作为权函数,表示为g ,对式(1)求内积得
(5)
将式(4)代入式(5),得到包含N个未知量的N个线性方程,可以写成
(6)
其中, Zmn 为M×N的矩阵, In 和 VMe 均为N×1的向量, In 为电流系数, VMe 为
激励向量,N 为未知量数目。其形式分别如下:
矩阵方程(6)建立之后,下一步就是该矩阵方程的求解。求解方法有直接求解和迭代求解等。随着求解问题的规模增大,直接求解方法的计算量非常巨大,计算复杂度为O(N3),而迭代求解每步迭代的计算复杂度为O(N2)。得到表面电流之后,可以根据该电流分布求得其他感兴趣的电磁参数,如雷达散射截面(RCS)等。 矩量法的一般流程可用图 1来表示
此外还有,多层快速多极子(MLFMM),其中包括1、快速多极子,2、多层快速多极子
EMC耦合
1 算例介绍
这个例子将考虑一个典型的 HF 单极子天线和一根加载传输线的互耦,如图 3-1所示。天线与传输线都是用金属线结构(我们所指的细线结构是指导体的长度远大于导线的直径).
2 预备知识
开始这个例子之前,需要确保你的系统满足运行这个例子所需要的条件。同时,希望这个例子和你的工作相关或者有相关应用。该算例的目的:
- 使用地面来模拟一个无限大导体地板。- 加载一个具有复阻抗的器件。 - 在细线结构的器件上施加电压源
- 采用自适应频率采样来获得连续的数据。 - 在POSTFEKO中查看输入阻抗与电流分布。 该算例运行的条件:
- 需要安装具有有效许可文件的FEKO 5.3或更高版本。
- FEKO可以在LITE模式下使用,但这将使得用户只能解决小问题,建议使用完全授权的许可文件或试用版。该算例的一些部分可以在LITE模式下完成,但是有些部分则只能在完整的或试用版许可下完成。
- 建议在做这个算例之前先看一遍演示视频(除非你对FEKO软件已经熟悉) - 这个算例所需时间不超过70分钟。 3 在 CADFEKO 中建模
从启动 CADFEKO开始。打开 CADFEKO时,窗口中没有模型显示,而只显示 3D坐标。
将模型保存在一个新的目录,以便进行进一步的操作。CADFEKO 将模型存储为*.cfx
文件。我们即将进行的建模步骤可总结为以下几点: - 单极子天线具有单根线结构。 - 传输线定义为折线单元。
- 地面采用无限大反射面挖近似。
- 在单极子天线上加一个端口和电压源。 - 对模型设置辐射能量。
- 对传输线设置端口,加添加一个复阻抗负载 - 设置求解频率
- 保存电流,方便在POSTFEKO中查看。 - 对模型进行剖分,并运行FEKO求解器。
与前面的例子相比,所有的尺寸都将直接采用米做单位。
首先在正 Z方向画一单极子天线。在创建
几何结构的工具条上选择 line,创建一根在正 Z 方向长12m 的单极子天线。
在这部分完成之后,点 3D 视图上的工具
条中 Zoom toextents。注意此时可能很难看到所建的单极子天线,因为它和 Z 轴重合。
由于单极子天线和传输线具有不同的半径,
因而在剖分时线的半径不能设为总体。对于传输线可以设为全局设置,但是对于单极子天线则需要本地设置。可以在 Edge properties 对话框中设线的半径。在目录
树中选择线(line),在细节树中展开 Edge,并选择边,从弹出的菜单中选择 Property,即可打开 Edge properties 对话框。
选中 Local wire radius,输入线的半径为
0.015 米。边(Edge)旁
边的图标可以改变细节树,表示对边(Edge)的局部半径进行设 置
传输线采用折线进行建模。在创建几何结构的工具条中点击
Polyline。此时将创建沿 Y 轴方向的传输线。
点击 3D视图上的 Zoom to extents 按钮,将所得结构放入 3D
视图中。
为了建一个无限大
地面,需要添加一个具有一定反射系数的地面。点击目录树中的 the Infinite planes 或者点图标 Define infinite plane。选择 Ground medium 下的 Ground plane (reflection coefficient
approx。),将 Ground medium 选为 Perfect electric conductor。
与创建有限大地面相比,这个创建大的地面的方式是很有效率的。
下一步就是为模型添加端口,激励和负载。
首先在单极子天线是创建一个激励端口。选择目录树下的Line1,右击细节树中的边(Edge),并选择 Create port → Wire port,创建该端口。
这个模型中采用默认的端口设置(线的初始点,面端口)。点击 Create 和
Close 创建端口并关闭对话框
现在第一个端口施加一个电
压源。点击工具条上的 Voltage source。该算例中,应当选择辐射能量为 1 瓦,但是由于我们不知道输
入阻抗的值,所以不能通过改变电压来设置。并且,稍后将介绍设置能量以调整辐射能量。因此,使用默认的电压设置。
点击工具条上的 Specify power settings,对模型的辐射能量进行设置。该算例的
辐射能量为 1 瓦,所以在计算之前,因激励源的失配造成的能量损失应当先减掉。选择 Total source power (no mismatch),输入源的能量(source power)为 1,点击OK。
在工具条上选择 Add load 为第二个
端口添加负载。将负载的端口改为Port2,将阻抗的实部设为1000 [Ω]。点击Create和 Close创建端口并关闭对话框。剩下的还未设定的就是所要计算的频率范围和所希望得到的计算结果。
该算例算所需要输出的为负载上的电流.点击
Current output选择电流输出模式.选择All currents.
将所有部分的长度设为 0.5m。
考虑到最高频率为 30MHZ--或者波长为 1m,此时会有很好的剖分单元。此时,这个问题非常小,所以不会存在计算资源的问题。此外,线的半径要比其长度小的多。将线的全局半径按照传输线的半径
设置为 4mm。(单极子天线的半径设置为局部尺寸,而局部尺寸会覆盖掉全局尺寸。)
4 求解
完成模型的准备工作之后,即可使用求解器计算得到所需要的结果。要运行求解器之前,最好先将模型保存。
在菜单中选择 Run → FEKO 或者点击
Run FEKO 的图标即可在 CADFEKO 中运行 FEKO 求
解器。此时将打开一个窗口,会时时显示仿真的过程。
在这个频带内,将求解 43个频率采样点。
5 结果显示
在 CADFEKO 菜单下选择 Run →
POSTFEKO,或点击 Run POSTFEKO, 打开 POSTFEKO 。
POSTFEKO打开后会显示模型 3D视图。在所有的绘图
过程中都会使用到 POSTFEKO,包括该项算例中需要的
绘制电流随频率的变化曲线。
选择 3D 视图上的 Add a currents and
charges graph,绘制传输线上的电流随频率的变化图。
在左边的绘图控制面板上,选中 Use continuous
frequency。选中Label 中的 Polyline.Wire2.Port2。此时,将绘制完成该端口处电流随频率变化的曲线。
选择 Left axis,打开控制面板,改变坐标设置。
将单位改为 dB。
接下来,我们将绘制一个输入阻抗的 2D图像。
点击 Add source graph 建立一个新的激励源图形窗口。选中 Use continuous
frequency以显示整个频带的数据插值。将 Quantity 设为 Impedance,将 part 设为Real。此时将会在图中显示出阻抗的实部。
点击 copy series,复制当前曲线。选中新的图像(标签为 series 2),并将 part 设为
Imaginary,此时将会包含两条曲线,并有相应说明。
6 总结
该算例演示的是 EMC 问题的设置与求解过程。所求解的问题是一个无限大理想导电地面上的一个单极子天线和一个传输线的耦合,并给出了传输线上从 1MHZ 到 30MHZ 的耦合电流。
范文四:JMAG电磁场分析软件
JMAG 电磁场分析软件介绍
特征1
精确的分析能力
● 为了在产品分析中获得精确的结果,准确和细致的模型是至关重要的。模型的准确性越高,那么,在结果中包含在模型尺寸和属性上的细微差别的可能性越高。
● JMAG 使用的技术能够准确地建立和电磁场相关的复杂的模型的结构、拥有庞大的各类材料数据库、拥有完善的各类剖分工具、具备电磁以及温度和结构等众多求解器,使用JMAG 的精确的分析能力,能够很好的降低研发成本、缩短研发流程。
JMAG 可以导入很多其它CAD 软件如Solidworks 、Pro/E、UG 、CATIA 等的模型
JMAG 可以在3D 模型中任意选取某一截面进行2D 分析,并不需要重新画2D 模型
可以在JMAG 中绘制几何模型
JMAG 提供大量的电机快速设计模版,包括几何模型、材料、电路设置等
JMAG 可以对几何参数、物理属性参数等进行参数化求解
特征
2
快速强大的求解功能
步进马达的分析
在分析中,求解器的计算速度是人们考虑的重要因素。
在今天产品竞争这么激烈的情况下,高效的产品对于公司的竞争力是至关重要的。
这个效率只能通过精确快速的分析才能够得到因为哪怕细微的改变也能影响产品的性能。 在设计过程中,在有限的时间内一个快速的求解器可以允许更多的因素被考虑。因此求解器的速度是和所能获得的产品的准确性是紧密相联的。
一个快速的求解器不仅能改善精确性,而且可以确保产品的有效性。通过施加复杂的参数能够考虑更多的设计方案。那么就能获得一个优化的可靠的设计。
JMAG 的快速求解器能够满足所有分析精确和设计可靠的要求。
在实际应用过程中,JMAG 使用最新的计算技术从而获得比较高的计算速度。这样就可以使JMAG 能够计算复杂的尺寸比较大的3D 模型。可以通过使用多台计算机共同处理一个复杂的问题,从而节省计算时间。
JMAG 采用了更强大的快速而稳定的迭代求解器
JMAG 支持多核或者多CPU 的并行求解器
MAG 可以导入很多其它CAD 软件如Solidworks 、Pro/E、UG 、CATIA 等的模型
JMAG 的EEC (Explicit Error Correction)功能可以很好的提高求解速度
特征3
先进的使用界面
● 先进的仿真工具需要提供复杂的选择给使用者,结果是复杂的界面使使用者感到非常的
困惑。我们相信JMAG 对于初使者也能提供强大的分析功能。JMAG 拥有强大的拖拉式设置界面, 用户可以快速的掌握JMAG 软件的操作,从而大大降低学习软件的时间。
● JMAG 有一个拖拉式的条件设置,使用者可以从列表中选出条件并把其放在所需要的位
置。当需要进行参数设置的时候,设置界面很容易的就显现出来。
从列表中拖拉绕组的条件设置到模型中 设置绕组的匝数和电流等参数
● 项目中的模型和设置可以很快的被检查。多种研究包括条件和结果也能够在同一个项目
树中进行管理。对于同一类型的研究,分析研究可以进行复制,无论这个模型是否是一样的。
条件和结果在同一个项目树下进行管理
● 材料列表中显示了所有的材料。搜索功能能够被使用用来找寻到某一材料。
特征4
开放的接口界面
JMAG 有一个开放的接口用于与其它软件进行耦合仿真。JMAG 可以同其它CAD 软件
或CAE 系统耦合进行仿真,或者JMAG 中 一些特征可以和连接程序一起使用。
现在所有主要的画图软件所画的模型都可以导入到JMAG 中并进行分析,如
Solidworks,SolidEdge,Pro/E,CATIA v5,etc。如果在画图软件中对图形进行修改,在JMAG 中并不需要重头开始做,JMAG 中直接更新。从而节省了时间。
● JMAG 可以和控制类软件进行耦合共同对控制类电机进行分析,如Simulink, PSIM,
etc. 它们可以直接耦合,也可以使用JMAG-RT 进行耦合。
● JMAG 可以和磁路设计软件SPEED 耦合进行分析。它们之间的数据可以互相进行传输,
如SPEED 中材料和绕组可以输出到JMAG 中。
运行环境
范文五:电磁场分析软件FEKO
工程计算应用软件系列介绍
69
电磁场分析软件FEKO
尚尔涛 上海超级计算中心 上海 201203 etshang@ssc.net.
1. 软件背景介绍
FEKO是复杂形状三维结构的电磁场分析软件,是复杂专业电磁场仿真领域中最强大的软件,应用范围非常广泛,由南非的EMSS公司开发。FEKO基于著名的矩量法(MoM)对Maxwell方程组求解,可以解决任意复杂结构的电磁问题,是世界上第一个把多层快速多极子(MLFMM:Multi-Level Fast Multipole Method)算法推向市场的商业代码,在保持精度的前提下大大提高了计算效率,使得精确仿真电大问题成为可能(典型的如简单介质模型的RCS、天线罩、介质透镜)。在此之前,求解此类问题只能选择高频近似方法。FEKO中有两种高频近似技术可用,一个是物理光学(PO),另一个是一致性绕射理论(UTD)。在MoM和MLFMM需求的资源不够时,这两种方法提供求解的可能性。FEKO中通过混合MoM/PO和MoM/UTD来为电大尺寸问题的精度提供保证,非常适合于分析开域辐射、雷达散射截面(RCS)领域的各类电磁场问题。FEKO还针对许多特定问题,例如平面多层介质结构、金属表面的涂覆等等,开发了量身定制的代码,在保证精度的同时获得最佳的效率。
EMSS公司成立于1995年,由当时还是学生身份的Gronum Smith博士一手创办,着力研发应用于高频电磁分析的软件FEKO,在之后的几年间,FEKO软件以其在分析电大尺寸问题上的优越性能征服了众多航空航天器及汽车制造商,在美国和欧洲得到了广泛的应用。2001年初,EMSS公司与ANSYS公司正式签署了合作协议,联手推出ANSYS CEM + FEKO电磁分析解决方案。各个模块集成在统一的软件界面ANSYS PrePost下,共同解决各种电磁分析问题。其中Emag模块用于低频电磁分析,Emax模块用于高频电小尺寸的分析,FEKO模块用于高频电大尺寸的分析,形成优势互补。
2. 主要功能
电大问题的求解:
FEKO通过MLFMM、MoM/PO、MoM/UTD从算法上提供了电大问题求解的途径;
丰富的求解器选择:
FEKO提供多种核心算法,矩量法(MoM)、多层快速多极子方法(MLFMM)、物理光学法(PO)、一致性绕射理论(UTD)、有限元(FEM)、平面多层介质的格林函数,以及它们的混合算法来高效处理各类不同的问题;
优化功能:
FEKO提供了离散点计算方法、单纯形方法、共轭梯度法、准牛顿法等多种优化方法;
快速宽频响应计算:
FEKO通过自适应频率点采样和插值,提供宽频率响应的快速计算能力;
时域求解:
FEKO基于频域分析,同时通过FFT提供时域响应分析能力;
强大的前后处理功能:
CADFEKO提供直接面向求解器的3D图形建模和网格划分功能,支持多种CAD格式的网格文件导入:包括FEMAP Neutral (*.neu),AUTOCAD (*.dxf),特定的ASCII,NASTRAN (*.nas),STL(*.stl),ANSYS (*.cdb),ParaSolid等等; POSTFEKO提供图形化后处理能力。
●二次开发:
FEKO提供循环和分支控制语句,能够输入自定义的函数或进行计算过程的程序化运行。
支持多种硬件和软件平台:
FEKO支持所有主流CPU平台和操作系统,包括先进的64位系统和各种并行系统;
●并行计算:
FEKO提供并行版本,支持分布式内存(MPP)和共享式内存(SMP)并行方式,其MLFMM求解器具有非常好的并行效率。在并行计算中,加速比和效率是并行程序进行评价的重要指标,其中,加速比定义为:单个节点上的运行时间和n个节点上运行时间的比,效率定义为加速比和计算节点个数之比。MLFMM求解器的并行计算效率测试见图1(://.feko.info/)。
《高性能计算发展与应用》 2008年第三期 总第二十四期
图1 FEKO-MLFMM求解器并行计算效率
3. 典型应用
天线设计:
基于其独特的高频算法,FEKO广泛应用于包括线天线、面天线、喇叭天线、反射面天线、相控阵天线、微带天线等各种天线结构的设计中,计算和优化各种关心的天线性能参数。
天线布局:
飞机、舰船、车辆等载体上的天线在工作状态下其输入阻抗、方向图等会受到载体的影响,载体的电尺寸通常都比较大,FEKO独特的MM/PO/UTD混合方法对这样的电大尺寸问题非常适用,能有效地优化载体上天线及天线系统的布局方案,类似的影响还包括地面、水面、天线附近的大型目标等。
雷达散射截面(RCS)计算:
对于大型目标、地面目标等的RCS雷达散射截面(目标识别)计算也通常是电大尺寸问题,同样,FEKO的混合高频算法对这类问题也有很好的计算效果。
EMC/EMI分析:
EMC/EMI分析的涵盖范围非常广泛,FEKO适用于系统级的高频EMC/EMI计算,前面提到的天线布局分析实际上就可以完成天线系统的EMC计算。FEKO的很多特有技术对EMC分析非常有效,比如:有多种方法可以模拟介质体和磁性结构、能有效处理真实地面、用多层介质函数可以分析印刷电路板、特别善于处理电大尺寸问题的高频混合算法、自适应频率采样(AFS)技术特别适合于宽带EMC分析等等。
平面微带天线:
FEKO采用全波方法分析微带天线,可以精确获得耦合、近场、远场、辐射方向图、电流分布、阻抗等参数;
电缆系统:
FEKO与CableMod结合起来,可以非常高效地处理系统中的负责电缆束的耦合以及电缆与天线的耦合问题;
SAR计算:
不同介质参数区域内的场值可以计算出来。然
后这些场值被用于计算规范吸收比(SAR);
散射分析:
利用MoM或MLFMM可以分析电小或电大尺寸目标的散射特性。
介质体和铁磁材料:
FEKO的面等效原理和体等效原理对介质体、铁磁材料体等结构提供有效的计算方式。同时,其在
平面多层介质、涂敷线、介质基片等应用领域也提
供相应的处理手段。
图2 feko在各领域中的应用
4. 上海超级计算中心FEKO软件应用
4.1 软件版本与并行规模
软件版本:feko Suite v5.1并行规模:16CPU
4.2 软件使用基本步骤
申请帐号——获取系统和软件使用权。模型准备——用户准备模型数据文件(*.fek文件)和一个作业提交脚本文件。
模型上传——通过超级计算中心的ftp服务器(外网ftp://fdawning.ssc.net.,内网ftp://192.168.230.20)上传数据文件和脚本文件。
作业提交——利用Telnet远程登陆曙光4000A(外网tdawning.ssc.net.,内网192.168.230.10),用bsub命令提交脚本文件进行计算。
作业监控——通过Telnet,用bpeek命令即时监控作业的执行情况。
结果下载——计算完成后,通过ftp服务器下载结果文件。
脚本文件范例:APP_NAME=feko NP=4
NP_PER_NODE=4
RUN=”EXEC_NAME jobname.fek”70
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