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  文章標(biāo)題:電磁場(chǎng)數(shù)值分析中通用幾何模型的建立
回復(fù)文章
作者:vivan2254  發(fā)表時(shí)間:2010-5-12 11:31:37
 
電磁場(chǎng)數(shù)值分析中通用幾何模型的建立
    秦申蓓
(東南大學(xué),江蘇  南京  210096)
摘要:運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê驮O(shè)計(jì)技術(shù),建立了電氣設(shè)備的通用幾何模型。該模型合理地提煉出各種電氣設(shè)備在幾何結(jié)構(gòu)上的共有特征,按照層次劃分,自下而上、從簡(jiǎn)至繁地對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的分析與研究。用visual c++s.o開發(fā)了windows 9x和windows nt操作平臺(tái)的通用電氣設(shè)備幾何模型分析軟件包,具有通用性
強(qiáng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、人機(jī)界面友好等優(yōu)點(diǎn)。適用于電機(jī)、變壓器和其他電氣設(shè)備的計(jì)算與分析。
關(guān)鍵詞;電氣設(shè)備;幾何模型;面向?qū)ο蠹夹g(shù)
中圖分類號(hào):tm155    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼;a    文章編號(hào):1001-6848(2000)04-0013-03 
1  引  言
    在分析電氣設(shè)備的電氣性能時(shí),必須對(duì)其中的物理場(chǎng),如電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng),有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。與解析法相比,應(yīng)用數(shù)值方法求解電氣設(shè)備中的物理場(chǎng)時(shí),能得到更為精確的結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及與提高,該途徑也變得越來(lái)越有效而可行,且如今已被大多數(shù)工程專家和科研工作者所接受。在諸多的數(shù)值方法中,有限元方法是最實(shí)用最有效的一種方法,它尤其適用于那些具有多種邊界條件的、幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、多介質(zhì)、多連通區(qū)域。但是在該方法的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備中,如何依靠計(jì)算機(jī)自動(dòng)地在各種區(qū)域中生成有限元網(wǎng)格的問題一直未得到較好的解決[1-2]。
    現(xiàn)有的有限元網(wǎng)格生成器在處理電氣設(shè)備時(shí),首先是針對(duì)具體的設(shè)備讀入實(shí)體的幾何參數(shù),然后再根據(jù)具體的設(shè)備模型生成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的具有特定格式的數(shù)據(jù)文件,再由網(wǎng)絡(luò)生成器讀入并進(jìn)行有限元網(wǎng)格的剖分。在對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中,這種方法將導(dǎo)致如下困難:①電氣設(shè)備類型繁多,而各種電氣設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的類型和數(shù)目也不盡相同,難以建立一個(gè)通用、簡(jiǎn)潔的幾何模型。即使建立了,相應(yīng)的程序也是龐大而復(fù)雜,維護(hù)性差,裎序的健壯性根本無(wú)法得到保證。②前處理中所需輸入的原始數(shù)據(jù)較多,輸出數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容也較復(fù)雜,手工工作量依然巨大,操作極易出錯(cuò),嚴(yán)重阻礙了有限元法在工程技術(shù)中的普遍推廣使用。因此,開發(fā)一套通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、操作方便、占用資源小的電機(jī)通用幾何模型分析軟件包就顯得相當(dāng)重要[3]。
    面向?qū)ο蠹夹g(shù)oot 是一個(gè)用于分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的過程和方法,它模似了人類認(rèn)識(shí)客觀世界的思維方式,綜合應(yīng)用“抽象、封裝、繼承”等技術(shù),以較簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的描述,以較簡(jiǎn)單的步驟實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。在oot基礎(chǔ)上編制出來(lái)的軟件能較好地適應(yīng)工作需要的變動(dòng),程序的維護(hù)更簡(jiǎn)單、更方便。
    本文介紹了一種直接基于電氣設(shè)備典型結(jié)構(gòu)特征的通用幾何模型。它應(yīng)用實(shí)體造型系統(tǒng)中常用的b-rep方法,參照面向?qū)ο蟮募夹g(shù),采用統(tǒng)一的模型來(lái)描述不同類型的電氣設(shè)備幾何特征,改模型具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范等特點(diǎn)。所編制的應(yīng)用軟件包,能運(yùn)行于windows 9x和windows nt操作平臺(tái)上,具有非常友好的人機(jī)界面,且自動(dòng)化程度極高。
2  電氣設(shè)備通用幾何模型
2.1  幾何模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    本軟件構(gòu)造了一個(gè)類似于計(jì)算機(jī)圖像處理中常用到的實(shí)體造型系統(tǒng)sms (solid modelingsystem),由它約定對(duì)實(shí)體的幾何結(jié)構(gòu)的分類、各子類中具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)描述、某類實(shí)體通用的幾何模型及基于該幾何模型定義下的屬性信息,并以此作為集成化有限元網(wǎng)格生成器的輸入信息。本系統(tǒng)在sms與后續(xù)軟件模塊進(jìn)行信息交換的標(biāo)準(zhǔn)接口中,采用嚴(yán)格的統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)文件作為接口,有力的保證了數(shù)據(jù)傳送的正確性。實(shí)體模型通常的表述方法有邊界表述法(b-rep)和構(gòu)造實(shí)體幾何表述法(csg-rep)。由于本系統(tǒng)主要是為電機(jī)二維有限元網(wǎng)格生成服務(wù)的,因此使用b-rep方法更為合適。
    b-rep方法用點(diǎn)、線、面結(jié)構(gòu)及其拓?fù)潢P(guān)系來(lái)表述一個(gè)實(shí)體。例如,對(duì)于任意類型的電機(jī),它們的共同特征是都具有定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心、定子槽、轉(zhuǎn)子槽或阻尼孔、氣隙、轉(zhuǎn)子繞組等區(qū)域,以這些區(qū)域?yàn)榛驹刈阋越M成1臺(tái)實(shí)際的電機(jī),且不論該電機(jī)為何種類型。逮些區(qū)域的共同特征是由一條外邊界和數(shù)條內(nèi)邊界組成的,邊界是由線段和圓弧組成的,線段或圓弧由點(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)是模型中的最基本元素。所以,在描述1臺(tái)具體的電機(jī)幾何結(jié)構(gòu)特性時(shí),節(jié)點(diǎn)為基本元素構(gòu)成線段和圓弧,線段和圓弧構(gòu)成邊界,邊界構(gòu)成區(qū)域,區(qū)域構(gòu)成整臺(tái)電機(jī)。這一具體過程是,先自上至下地細(xì)化整個(gè)系統(tǒng),再自下至上地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組合。通過

 

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