【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁兼容，具体涉及一种金属材料表面电流的仿真计算方法和系统。
技术介绍
1、目前，应用较为广泛的电磁场仿真计算方法主要有：时域有限差分法、有限元法、矩量法和边界元法等。
2、时域有限差分法是用网格剖分将定解区域(场域)离散化为网格离散节点的集合，然后基于差分原理的应用,以各离散点上函数的差商来近似替代该点的偏导数，将偏微分方程定解问题转化为相应的差分方程组问题。
3、有限元法的核心思想是将一个复杂连续介质的求解区域分解为有限个形状简单的子区域，作为原区域的等效域，从而把求解连续体的场变量问题化简为求解有限个单元节点上的场变量值问题。
4、由于时域有限差分法和有限元法均是基于麦克斯韦方程中的偏微分方程，都是对整个封闭场域进行网格剖分，然后计算各节点的电磁场，因此计算量很大，不宜求解开域问题。
5、矩量法是将待求实际工程问题的积分方程转化为一个矩阵方程，将其数值解解出，从而依据所求激励源分布的数值解，算出场分布。矩量法考虑了源和场的相互作用，计算精度较高，但用矩量法求场源电流分布时，必须同时涉及场的问题，计算量较大。
6、边界元法的基本原理是将偏微分方程边值问题归结为边界上积分方程，然后利用各种离散化技术求解。边界元法仅需对导体表面做离散化处理，变量数少，能适应复杂结构，但在处理扁平结构时，由于存在两个非常接近的平面，导致有两组无限接近的解，这会使得系数矩阵的条件数非常大，从而造成矩阵抗扰性差、不稳定，无法保证计算结果的正确性。
技
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种金属材料表面电流的仿真计算方法和系统，用于求解金属材料表面电流的分布。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种金属材料表面电流的仿真计算方法，包括以下步骤：
3、s1：对金属材料进行几何离散，得到多个称为势单元的微体积元；
4、s2：组建求解矩阵；具体包括以下步骤：
5、s21：根据金属中的传导电流密度和金属板自身的磁化效应，得到沿某线段的电势差；
6、s22：将传导电流产生的矢量磁位沿离散方向分解；
7、s23：将金属板自身磁极化产生的矢量磁位沿离散方向分解；
8、s24：导出的所有势单元分支上的kvl方程和每个潜在节点的kcl方程；
9、s25：根据kcl定理、矢量磁位与磁通密度的关系，结合kvl方程和kcl方程，得到求解矩阵；
10、s3：计算各势单元的相关参数；
11、s4：根据求解矩阵和相关参数的输入条件计算金属材料表面电流的分布。
12、按上述方案，所述的步骤s1中，设沿x、y、z方向的势单元数分别为nx、ny、nz，当计算金属表面电流分布时，近似忽略传导电流的法向分量，则电流分布被分解为x轴方向电流单元和y轴方向电流单元。
13、进一步的，所述的步骤s21中，具体步骤为：
14、设jc(r)为金属中传导电流密度，r为空间计算点处的位置矢量，σ为电导率，j为虚数单位，ω为角频率，则在空间r点处矢量磁位a(r)与标量电势的关系为：
15、
16、设ac(r)、am(r)分别为由传导电流和自身磁极化产生的矢量磁位，则根据金属板自身的磁化效应，得到沿着l线段的电势差δvl为：
17、
18、进一步的，所述的步骤s22中，具体步骤为：
19、假定每个单元中的传导电流密度和磁化强度是恒定不变的，ex为x方向上的矢量单元，ey为y方向上的矢量单元，jcx为x方向上的传导电流密度，jcy为y方向上的传导电流密度，则传导电流密度jc表示为：
20、jc＝exjcx+eyjcy (3)，
21、设acx、acy分别为x、y方向上的矢量磁位，则相应的矢量势ac为：
22、ac＝exacx+eyacy (4)；
23、根据步骤s1的离散方案，设μ0为真空磁导率，r＝|r|＝|r-r'|，r'为作用源的位置矢量，dv'为体积元，dl为线段元，则将传导电流产生的矢量磁位ac(r)重写为：
24、
25、
26、进一步的，所述的步骤s23中，具体步骤为：
27、考虑金属材料磁化，设mx、my、mz分别为x、y、z方向上的磁化强度，ez为z方向上的矢量单元，则将磁化强度m分解为：
28、m＝exmx+eymy+ezmz (7)，
29、磁化强度m产生的矢量磁位am(r)定义为：
30、
31、式中r＝|r|＝|r-r'|，因故
32、
33、设m(r')为r'处的磁化强度，δx＝x-x'，δy＝y-y'，δz＝z-z'，x、y、z为r点处的位置坐标，x'、y'、z'为r'点处的位置坐标；将公式(8)改写为
34、
35、将矢量磁位am(r)沿三个正交方向分解：
36、
37、
38、
39、进一步的，所述的步骤s24中，具体步骤为：
40、设lcx,ij和lcy，ij分别表示x方向和y方向上第j个微元对第i个微元的电感，qxy,ij和qxz,ij表示x方向上磁化强度到电流单元的耦合关系，qyx,ij和qyz,ij表示y方向上磁化强度到电流单元的耦合关系；则
41、
42、
43、
44、
45、由公式(2)导出的所有单元分支上的kvl方程组成两个不同的集合：
46、x方向电流和y方向电流分别为：
47、
48、
49、对于任何4个相邻的电流单元，电流的连续性保持在每个电位单元上，设wx,i、wx,j分别为第i个微元、第j个微元在x方向上的长度，wy,p、wy,q分别为第p个微元、第q个微元在y方向上的长度，每个潜在节点的kcl方程表示为：
50、-jcx,iwx,i+jcx,jwx,j-jcy,pwy,p+jcy,qwy,q＝0 (13)。
51、进一步的，所述的步骤s25中，具体步骤为：
52、设cx和cy为x方向和y方向上节点电流间的关系矩阵；根据kcl定理，jcx和jcy两者之间必然存在以下关系：
53、cx·jcx+cy·jcy＝0 (14)，
54、该公式中cx和cy反映支路电流之间的关系；
55、设为x和y方向电压的节点关联矩阵，是节点处的电势矩阵，则标量势的入射方程为：
56、
57、设μr为相对磁导率，则由矢量磁位a(r)与磁通密度b的关系，得到磁化强度m的方程为：
58、
59、设lx、ly分别是x、y方向上的电感矩阵，qx、qy分别是x、y方向上磁化强度到电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S1中，设沿x、y、z方向的势单元数分别为Nx、Ny、Nz，当计算金属表面电流分布时，近似忽略传导电流的法向分量，则电流分布被分解为X轴方向电流单元和Y轴方向电流单元。
3.根据权利要求2所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S21中，具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S22中，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S23中，具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S24中，具体步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S25中，具体步骤为：
8.根据权利要求1所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，
9.根据权利要求1所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤S4中，
10.一种金属材料表面电流的仿真计算系统，该系统包括处理器和存储器，其特征在于：所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该系统实现如权利要求1至权利要求9中任意一项所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤s1中，设沿x、y、z方向的势单元数分别为nx、ny、nz，当计算金属表面电流分布时，近似忽略传导电流的法向分量，则电流分布被分解为x轴方向电流单元和y轴方向电流单元。
3.根据权利要求2所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤s21中，具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤s22中，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的步骤s23中，具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种金属材料表面电流的仿真计算方法，其特征在于：所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：华成超，黄琛，陈亮，杨春宇，杨鹏，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：
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