[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

本發明公開了一種自適應自由度電磁?溫度多物理場耦合分析方法，包括：建立電工裝備幾何模型及初始非結構網格離散；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；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。本發明在一套網格上實現對于兩個物理場自由度的獨立靈活調整，以較小的計算資源滿足物理場對于離散的不同要求，避免進行實際操作的網格稀疏及后續的復雜操作，以及使用網格映射函數及其可能引入的誤差，有效提高電磁?溫度耦合分析計算的計算效率。

技術領域

本發明涉及電工裝備及仿真計算的技術領域，尤其涉及一種自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法。

背景技術

隨著電力、能源等產業的發展，高能量密度及高效的電工裝備成為眾多應用場合的追求目標，在相應設計中需綜合考慮電磁場、溫度場等多個物理場以實現對于材料的極限利用；作為優化設計中的重要一環，多物理場仿真分析方法是實現該目標的關鍵支撐。基于物理場獨立數值求解構建的電磁-溫度多物理場弱耦合分析方法是目前主要的研究和發展方向，電磁場和溫度場分別采用有限差分、有限體積、有限元等方法進行求解，并通過網格映射程序實現物理場間耦合量的傳遞，然而傳統弱耦合分析方法存在映射函數選擇以及映射誤差較大等問題。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明解決的技術問題是：傳統弱耦合分析方法存在映射函數選擇以及映射誤差較大等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：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；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；基于所述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。

作為本發明所述的自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法的一種優選方案，其中：完全離散后的電磁場控制方程包括，

其中，C_XX為電磁場剛度矩陣系數，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，F_X為電磁場載荷，D_XX為右端項系數，k+1/k為計算步數，n為自由度數目。

作為本發明所述的自適應自由度電磁-溫度多物理場耦合分析方法的一種優選方案，其中：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為熱導率，N為權函數/插值函數，ρ為密度，c為比熱容，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。