新型差分格式TDFEM及其腔體屏蔽效能分析研究.pdf

1、為了能在保證計算精度的同時，盡量提高計算效率、降低內存消耗，本文對三維時域有限元方法（TDFEM）的分析步驟進行優(yōu)化處理，給出了計算區(qū)域的TSFD劃分、吸收邊界條件的設置、MSC.Patran軟件的建模和剖分、插值基函數的選擇、入射波加載的體激勵方法和系數矩陣的壓縮存儲技術。此外，通過算例的仿真結果發(fā)現(xiàn)TDFEM時間離散方式的不同，不僅會直接影響到時間步長的選取，還會對整個分析過程的CPU計算時間和計算精度產生影響。
　　本文重點

2、對TDFEM的時間離散方式進行了研究。對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方法進行了穩(wěn)定性分析，通過在不同的差分格式下選擇不同的時間步長對計算效率、計算精度和內存消耗進行研究，得到了一些TDFEM時間離散的優(yōu)化選擇方案。結果表明，恒穩(wěn)的Newmark方法可以在較寬的時間步長選擇范圍內均保持較高的計算精度，是較優(yōu)的差分格式選擇。同時Newmark方法具有最優(yōu)的時間步長選擇范圍，約為中心差分格

3、式最大步長的2～4倍，在保證計算精度的條件下可以達到最高的計算效率。
　　在此基礎上，本文將計算結構動力學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，進一步完善了時間離散的優(yōu)化選擇方案。結果表明，線性加速度方法允許的最大時間步長為中心差分格式的3倍，當對時間步長的限制不大時，選擇線性加速度方法可以達到更高的計算精度。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)的時間步長選擇范圍，分別為其臨界步長及中心差分格式最大步長的2～3倍。
　　最后，本文利用TDFEM對電磁脈沖照射下帶孔縫金屬腔體的屏蔽效能進行分析。用一維FDTD隨時間逐步推進獲得總場區(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時間進行離散，從而得到所關心區(qū)域的瞬態(tài)場響應及其頻譜特性。仿真分析了不同電磁脈沖入射方式、不同孔縫結構情況下