[發(fā)明專利]一種電流分布和近場電磁分布三維可視化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611056374.0
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN106709150B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田敏;張贊軍;劉威;潘景山;郝慶偉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省計(jì)算中心(國家超級計(jì)算濟(jì)南中心)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

1.一種基于精細(xì)仿真的電流分布和近場電磁分布三維可視化方法，其特征在于，通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)：

a).判斷數(shù)據(jù)類型，判斷待處理的數(shù)據(jù)是電流場數(shù)據(jù)還是電磁場數(shù)據(jù)，如果是電磁場數(shù)據(jù)，則執(zhí)行步驟b)；如果是電流場數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟d)；

b).首先從電磁場數(shù)據(jù)中獲取頻率值、電磁場名稱及其含有的點(diǎn)數(shù)，并將每個(gè)點(diǎn)所對應(yīng)的電場強(qiáng)度存儲為如下格式：Ex實(shí)部、Ex虛部、Ey實(shí)部、Ey虛部、Ez實(shí)部、Ez虛部，磁場強(qiáng)度存儲為如下格式：Hx實(shí)部、Hx虛部、Hy實(shí)部、Hy虛部、Hz實(shí)部、Hz虛部；

復(fù)數(shù)Ex實(shí)部+iEx虛部、Ey實(shí)部+iEy虛部、Ez實(shí)部+iEz虛部分別表示電磁場的電場強(qiáng)度在x、y、z方向上的分量，復(fù)數(shù)Hx實(shí)部+iHx虛部、Hy實(shí)部+iHy虛部、Hz實(shí)部+iHz虛部分別表示電磁場的磁場強(qiáng)度在x、y、z方向上的分量；執(zhí)行步驟c)；

c).統(tǒng)計(jì)電磁場數(shù)據(jù)中所包含的點(diǎn)數(shù)、三角形數(shù)，將數(shù)據(jù)中所有點(diǎn)按照p1、p2、…、pn1的形式進(jìn)行編號，n1為電磁場含有點(diǎn)的數(shù)目，并將每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的三個(gè)坐標(biāo)分量存儲為(x,y,z)的形式；將所有三角形按照t1、t2、…、tn2的形式進(jìn)行編號，n2為電磁場所含有的三角形數(shù)，并存儲每個(gè)三角形涉及的三個(gè)點(diǎn)的序號；執(zhí)行步驟f)；

d).首先從電流場數(shù)據(jù)中獲取頻率值及其含有的點(diǎn)數(shù)，并將每個(gè)點(diǎn)所對應(yīng)的電流密度存儲為如下格式：ex實(shí)部、ex虛部、ey實(shí)部、ey虛部、ey實(shí)部、ey虛部，復(fù)數(shù)ex實(shí)部+iex虛部、ey實(shí)部+iey虛部、ey實(shí)部+iey虛部分別表示電流場的電流密度在x、y、z方向上的分量；執(zhí)行步驟e)；

e).統(tǒng)計(jì)電流場數(shù)據(jù)中所包含的點(diǎn)數(shù)、線數(shù)、三角形數(shù)、四邊形數(shù)，將所有點(diǎn)按照P1、P2、…、Pn3的形式進(jìn)行編號，并將每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的三個(gè)坐標(biāo)分量存儲為(x,y,z)的形式；將所有線按照L1、L2、…、Ln4的形式進(jìn)行編號，并存儲每個(gè)線所涉及的兩個(gè)點(diǎn)的序號；將所有三角形按照T1、T2、…、Tn5的形式進(jìn)行編號，并存儲每個(gè)三角形涉及的三個(gè)點(diǎn)的序號；將所有四邊形按照T1、T2、…、Tn6的形式進(jìn)行編號，并存儲每個(gè)四角形涉及的四個(gè)點(diǎn)的序號；n3、n4、n5、n6分別為電流場中所含有的點(diǎn)數(shù)、線數(shù)、三角形數(shù)、四邊形數(shù)；執(zhí)行步驟f)；

f).復(fù)數(shù)分量的幅度、相位角的計(jì)算，將電磁場或電流場中點(diǎn)的復(fù)數(shù)分量統(tǒng)一表示為Z＝Re+iIm的復(fù)數(shù)表達(dá)形式，Re表示復(fù)數(shù)的實(shí)部，Im表示虛部，將復(fù)數(shù)分量的實(shí)部和虛部帶入公式(1)求取對應(yīng)的夾角jm：

jm＝arctan(Im/Re)*57.2957795 (1)

然后根據(jù)公式(2)求取相應(yīng)復(fù)數(shù)分量的相位角：

相位角的單位為度；

然后通過公式(3)求取相應(yīng)復(fù)數(shù)分量的幅度：

g).幅度、相位角的可視化顯示，如果待可視化的數(shù)據(jù)為電磁場，則執(zhí)行步驟g-1)；如果待可視化的數(shù)據(jù)為電流場，則執(zhí)行步驟g-2)；

g-1).根據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)將電磁場的所有點(diǎn)在空間中顯示出來，根據(jù)公式(4)、公式(5)分別求取電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度的大小：

公式(4)和公式(5)中，E、H分別表示電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度，|E|、|H|分別表示電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度的大小，Ex＝Ex實(shí)部+Ex虛部,Ey＝Ey實(shí)部+Ey虛部，Ez＝Ez實(shí)部+Ez虛部，Hx＝Hx實(shí)部+Hx虛部,Hy＝Hy實(shí)部+Hy虛部，Hz＝Hz實(shí)部+Hz虛部，采用不同的顏色來表示物理數(shù)值|E|、|Ex|、|Ey|、|Ez|的大小，以實(shí)現(xiàn)電場強(qiáng)度數(shù)值|E|、|Ex|、|Ey|、|Ez|在立體空間的分別可視化；采用不同的顏色來表示物理數(shù)值|H|、|Hx|、|Hy|、|Hz|的大小，以實(shí)現(xiàn)磁場強(qiáng)度數(shù)值|H|、|Hx|、|Hy|、|Hz|在立體空間的分別可視化；

g-2).根據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)將電流場的所有點(diǎn)在空間中顯示出來，根據(jù)公式(6)求取電流場的大小：

公式(6)中，e表示電流場，|e|表示電流場大小，ex＝ex實(shí)部+ex虛部,ey＝ey實(shí)部+ey虛部，ez＝ez實(shí)部+ez虛部，采用不同的顏色來表示物理數(shù)值|e|、|ex|、|ey|、|ez|的大小，以實(shí)現(xiàn)電流密度數(shù)值|e|、|ex|、|ey|、|ez|在立體空間的分別可視化；

h).頻域至?xí)r域的轉(zhuǎn)化，將電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、電流密度所包含的3個(gè)復(fù)數(shù)分量分別定義為X、Y、Z，對于電場強(qiáng)度來說，X＝Ex,Y＝Ey，Z＝Ez；對于磁場強(qiáng)度來說，X＝Hx,Y＝Hy，Z＝Hz；對于電流場來說，X＝ex,Y＝ey，Z＝ez；則其可通過公式(7)進(jìn)行表示：

式中，分別表示x、y、z方向上的單位向量；

然后，利用計(jì)算公式(8)進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

其中，j表示虛數(shù)單位，ω表示角速度，t表示轉(zhuǎn)動時(shí)間；

令ωt＝θ，公式(8)轉(zhuǎn)化為如公式(9)的表達(dá)形式：

電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、電流密度的大小通過公式(10)進(jìn)行求取：

令ωt＝θ＝0,10,20，…，360，每一個(gè)θ對應(yīng)一幀數(shù)據(jù)，這樣即可動態(tài)展示4個(gè)時(shí)域結(jié)果J_x(t)、J_y(t)、J_z(t)、J(t)。