新型差分格式TDFEM及其腔體屏蔽效能分析研究.pdf

1、為了能在保證計(jì)算精度的同時(shí)，盡量提高計(jì)算效率、降低內(nèi)存消耗，本文對(duì)三維時(shí)域有限元方法（TDFEM）的分析步驟進(jìn)行優(yōu)化處理，給出了計(jì)算區(qū)域的TSFD劃分、吸收邊界條件的設(shè)置、MSC.Patran軟件的建模和剖分、插值基函數(shù)的選擇、入射波加載的體激勵(lì)方法和系數(shù)矩陣的壓縮存儲(chǔ)技術(shù)。此外，通過(guò)算例的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)TDFEM時(shí)間離散方式的不同，不僅會(huì)直接影響到時(shí)間步長(zhǎng)的選取，還會(huì)對(duì)整個(gè)分析過(guò)程的CPU計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度產(chǎn)生影響。
　　本文重點(diǎn)

2、對(duì)TDFEM的時(shí)間離散方式進(jìn)行了研究。對(duì)TDFEM常用的差分格式—中心差分格式、后向差分格式、前向差分格式和Newmark方法進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，通過(guò)在不同的差分格式下選擇不同的時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)計(jì)算效率、計(jì)算精度和內(nèi)存消耗進(jìn)行研究，得到了一些TDFEM時(shí)間離散的優(yōu)化選擇方案。結(jié)果表明，恒穩(wěn)的Newmark方法可以在較寬的時(shí)間步長(zhǎng)選擇范圍內(nèi)均保持較高的計(jì)算精度，是較優(yōu)的差分格式選擇。同時(shí)Newmark方法具有最優(yōu)的時(shí)間步長(zhǎng)選擇范圍，約為中心差分格

3、式最大步長(zhǎng)的2～4倍，在保證計(jì)算精度的條件下可以達(dá)到最高的計(jì)算效率。
　　在此基礎(chǔ)上，本文將計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中的線性加速度方法和Houbolt方法作為新型差分格式引入了 TDFEM，進(jìn)一步完善了時(shí)間離散的優(yōu)化選擇方案。結(jié)果表明，線性加速度方法允許的最大時(shí)間步長(zhǎng)為中心差分格式的3倍，當(dāng)對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)的限制不大時(shí)，選擇線性加速度方法可以達(dá)到更高的計(jì)算精度。Houbolt方法為恒穩(wěn)格式，精度雖不及Newmark方法但也可以滿足一定的要求，不失

4、為差分格式的一種選擇。另外，線性加速度方法和Houbolt方法均存在最優(yōu)的時(shí)間步長(zhǎng)選擇范圍，分別為其臨界步長(zhǎng)及中心差分格式最大步長(zhǎng)的2～3倍。
　　最后，本文利用TDFEM對(duì)電磁脈沖照射下帶孔縫金屬腔體的屏蔽效能進(jìn)行分析。用一維FDTD隨時(shí)間逐步推進(jìn)獲得總場(chǎng)區(qū)的入射UWB電磁脈沖，分別選用Newmark方法和線性加速度方法對(duì)時(shí)間進(jìn)行離散，從而得到所關(guān)心區(qū)域的瞬態(tài)場(chǎng)響應(yīng)及其頻譜特性。仿真分析了不同電磁脈沖入射方式、不同孔縫結(jié)構(gòu)情況下