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有限元方法在电磁场分析中的应用

作　者: 李静
导　师: 胡先权
学　校: 重庆师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 电磁场量化电磁场分析方法对比分析有限元原理电磁场有限元求解
分类号: O441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 394次
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内容摘要

电磁场作为电磁学的一个非常重要的分支,对它的求解与分析的方法与手段一直是衡量这门学科的发展水平。从法拉第时代,场的提出到目前的场的量子化,电磁场都扮演着重要的角色。电磁场的不可见性且容易受到边界条件的影响,对它的求解与分析难度很大,传统的解析法现在也只能在教学等理论分析中应用,对于工程应用,只能使用数值方法对其模拟分析。有限元作为数值解法的一个强大的工具,在工程中的应用已经极为广泛。本文主要的目的就是把有限元的分析软件——ANSYS软件应用到电磁场的分析与求解当中,对电磁场进行可视化,以便于教学与分析。本文首先立足于电磁场的量化分析,得出关于电磁场基本性质的矢量方程。对比分析求解电磁场问题的四种主要手段,得出各种分析手段的优缺点与应用范围,从中也看出了有限元方法在电磁场分析的优势。最后,通过使用有限元软件——ANSYS软件对电磁学的实例进行模拟分析,与传统的分析手段对比,看出了ANSYS软件分析的准确性与便利性。同时也展示了ANSYS软件在电磁场分析应用中的基本方法与技巧。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1 绪论  9-12
  1.1 电磁场理论的发展背景  9
  1.2 有限元方法在电磁学中的应用综述  9-11
  1.3 本文的主要工作以及成果  11-12
2 电磁场的数学模型  12-19
  2.1 静电场的数学表述  12-14
    2.1.1 库伦定律  12
    2.1.2 静电场  12-14
  2.2 静磁场的数学表达  14-16
    2.2.1 安培磁力的积分表达  14-15
    2.2.2 静磁场  15-16
    2.2.3 磁矢量场的性质  16
  2.3 麦克斯韦方程组  16-18
    2.3.1 电磁感应  16-18
    2.3.2 麦克斯韦方程组  18
  2.4 小结  18-19
3 电磁场求解方法对比分析  19-25
  3.1 图解法在电磁场研究中的应用  19
  3.2 模拟法  19-20
  3.3 解析法  20-23
    3.3.1 分离变量法  20
    3.3.2 镜像法  20-21
    3.3.3 保角变换法  21
    3.3.4 格林（Green）函数法  21-23
  3.4 数值解法  23-24
  3.5 小结  24-25
4 有限元的基本原理以及 ANSYS 软件简介  25-29
  4.1 有限元在电磁场分析应用的简介  25-26
  4.2 电磁场有限元软件——ANSYS 简介  26-29
5 ANSYS 软件在电场分析中的应用  29-38
  5.1 经典的器件的对比分析  29-34
    5.1.1 经典的解析法分析  29
    5.1.2 ANSYS 软件  29-34
  5.2 三维曲面电容器的ANSYS 软件模拟  34-37
  5.3 小结  37-38
6 ANSYS 软件在磁场分析中的应用  38-50
  6.1 经典物理模型的对比分析  38-41
  6.2 安培力的ANSYS 分析  41-45
  6.3 交变电流的电磁场分析  45-49
  6.4 小结  49-50
7 结论与展望  50-51
参考文献  51-54
致谢  54-55
攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况  55

有限元方法在电磁场分析中的应用

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