[發明專利]一種自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法

有效

• 申請號: 202011383160.0
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112347687B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 張云鵬;王清旋;喬振陽;邵定國;趙劍飛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/15;G06F17/16;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

1.一種自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法，其特性在于，包括：

建立電工裝備幾何模型并進行離散，得到初始非結構網格；

完全離散后的電磁場控制方程包括，

其中，A_x、A_y、A_z、分別為矢量磁位A的x、y、z方向分量和標量電位，i、j為自由度索引，C_xx、C_xy、C_xz、C_yx、C_yy、C_yz、C_zx、C_zy、C_zz、為電磁場剛度矩陣系數，用以表征第二個下標符號代表的自由度對于第一個下標符號代表自由度方程的貢獻，F_x、F_y、F_z分別為電磁場x、y、z方向載荷，D_xx、D_yy、D_zz、為右端項系數，用以表征第二個下標符號代表的自由度對于第一個下標符號代表自由度方程右端項的貢獻，k+1或k為計算步數，n為各矢量磁位分量及標量電位的自由度數目；

完全離散后的溫度場控制方程包括，

其中，T為溫度，S_ij為溫度場剛度矩陣系數，F_i為溫度場載荷，λ為材料的熱導率，N為權函數/插值函數，ρ為材料的密度，c為材料的比熱容，Δt為時間步長，a_s為傳熱系數，Ω為定義域，Q_V為熱源體密度，q_g為熱流，T₀為環境溫度，Γ₂為第二類邊界，Γ₃為第三類邊界，dS為定義域外表面面積的微分；

待求解的電磁-溫度多物理場方程的離散表達式包括，

其中，[K₁₁({A},{T})]為電磁場剛度矩陣，為電磁場位函數向量，F₁為電磁場載荷向量，[K₂₂({T})]{T}為溫度場剛度矩陣，{T}為溫度向量，為溫度場載荷向量；

根據物理場控制方程及分析問題的邊界條件，建立電磁-溫度多物理場弱耦合數值模型；

基于非結構網格單元的電磁-溫度多物理場弱耦合數值模型分析有限元計算格式推導；

計算求解所述電工裝備內的電磁-溫度多物理場，并對數值解進行誤差分析；

基于誤差分析結果，調整各物理場的自由度，并根據調整結果重新求解直到數值解精度滿足要求，完成分析。

2.如權利要求1所述的自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法，其特征在于：待求解的電磁場和溫度場耦合關系的離散表達式包括，

其中，為損耗計算矩陣。

3.如權利要求2所述的自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法，其特征在于：所述誤差分析包括基于磁場能量構建誤差分析器對電磁場數值近似解進行評估，具體包括，

其中，ε為計算誤差，上標e表示單元編號，下標m表示電磁場，Ve表示單元e體積，Vi表示單元i體積，dV表示單元體積微分，Bⁱ表示單元i磁通密度的數值解，B^e表示單元e磁通密度的數值解，θ表示磁阻率，NE為單元數目，B^j表示單元j磁通密度的數值解，Mⁱ表示共用節點i的單元數目，n表示單元節點數目，N^ie表示單元e的插值函數，表示單元e磁通密度真實值的評估值。

4.如權利要求1或3所述的自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法，其特征在于：對溫度場數值近似解的誤差進行評估包括，

其中，ε為計算誤差，上標e表示單元編號，下標t表示溫度場，Ve表示單元e體積，dV表示單元體積微分，q^e表示單元e熱通量的數值解，表示單元e熱通量真實值的評估值，k為材料的熱導率。