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合成绝缘子三维电场FEM-BEM迭代解法的研究

作　者: 赵良
导　师: 王泽忠
学　校: 华北电力（北京）大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 有限元法 边界元法 区域分解法 D-N交替迭代法 松弛因子 收敛性 合成绝缘子 静电场
分类号: TM216
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


绝缘子在电力系统中应用广泛，近几年，线路合成绝缘子因为具有重量轻、强度高、耐污能力强等优点，发展尤为迅猛。但是，随着线路合成绝缘子使用量的剧增，合成绝缘子闪络及损坏的情况也日渐增多。因此，合成绝缘子需要快速发展就必须对各方面性能进行更深入地分析和研究。本文在总结电场计算方法的基础上，根据合成绝缘子的特点，选择了有限元法与边界元法相结合的求解方法。针对有限元法与边界元法各自的特点及其互补性，使用区域分解法将两者结合起来，实现迭代求解。这种求解方法既结合了两者的优点又保持了两者的独立性。在迭代计算过程中，有限元法使用了ANSYS-Emag软件，边界元法使用作者自己开发的计算程序，并确定了基本迭代格式。利用二维算例分析了单元大小、区域边界形状、松弛因子的大小等因素对迭代收敛性的影响；在三维迭代计算方法的研究中参考、印证了这些结论。应用本文算法对220kV合成绝缘子三维电场进行了分析，所得结果表明，有限元与边界元迭代求解方法是可行的，计算精度达到了工程设计要求。

全文目录


第一章 绪论  7-12
  1．1 求解线路绝缘子电场分布问题的意义  7
  1．2 求解线路绝缘子电场分布问题的研究现状  7-10
    1．2．1 电场计算方法发展概述  7-9
    1．2．2 求解线路绝缘子电场分布存在的问题  9-10
  1．3 本文主要研究内容  10-12
第二章 有限元与边界元迭代解法的理论基础  12-18
  2．1 有限元法  12-13
    2．1．1 基于变分原理的有限元法  12-13
    2．1．2 有限元法的特点  13
  2．2 边界元法  13-15
    2．2．1 边界元法基础  13-14
    2．2．2 边界元法的特点  14-15
  2．3 有限元法与边界元法比较  15
  2．4 有限元法与边界元法的结合方法—区域分解法  15-17
    2．4．1 区域分解法介绍  15-16
    2．4．2 不重叠区域分解法  16-17
  2．5 数值计算误差分析  17
  2．6 本章小结  17-18
第三章 有限元与边界元迭代解法的实现  18-27
  3．1 ANSYS应用介绍  18-21
    3．1．1 ANSYS软件简介  18
    3．1．2 ANSYS典型分析步骤  18-21
      3．1．2．1 建立模型步骤  16-19
      3．1．2．2 加载并求解步骤  19-20
      3．1．2．3 观察分析结果  20-21
  3．2 ANSYS求解开域电场问题的不足之处  21
  3．3 ANSYS求解开域电场问题的改进方法  21-22
  3.4 基于ANSYS的有限远法和边界远法迭代求解的步聚  22-24
  3．5 ANSYS与边界元程序间的数据操作  24-26
    3．5．1 ANSYS数据的输出  24-25
    3．5．2 提取边界节点信息  25-26
    3．5．3 ANSYS第一类边界条件的输入  26
  3．6 本章小结  26-27
第四章 二维迭代解法的研究  27-41
  4．1二 维边界元法程序  27-32
    4．1．1 单元类型选择  27
    4．1．2 边界元法离散积分公式  27-31
    4．1．3 高斯积分点选择  31
    4．1．4 计算数据类型选择  31-32
  4．2二 维边界元程序计算精度检验  32-35
    4．2．1 解析解算例  32
    4．2．2 计算结果分析  32-35
  4．3二 维迭代解法研究  35-40
    4．3．1 D-N迭代法收敛性影响因素  35
    4．3．2 使用迭代法求解算例1、  35-39
    4．3．3 迭代求解结果分析及结论  39-40
  4．4 本章小结  40-41
第五章 三维迭代解法的研究  41-48
  5．1三 维边界元法程序  41-45
    5．1．1 单元类型选择  41
    5．1．2 边界元法离散积分公式  41-44
    5．1．3 高斯积分点选择  44-45
  5．2三 维边界元程序精确性检验及提高办法  45-47
    5．2．1 解析解算例  45-46
    5．2．2 计算结果分析  46-47
  5．3 本章小结  47-48
第六章 求解线路绝缘子三维电场计算结果  48-63
  6．1 实例类型  48
  6．2 实例结果及分析  48-60
    6．2．1 实例  48-55
    6．2．2 实例  55-60
  6．3 分析结论  60-62
  6．4 本章小结  62-63
第七章 结论  63-65
  7．1 本文结论  63
  7．2 后续工作展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-68

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 绝缘材料、电介质及其制品 > 绝缘子和套管
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