Введение к работе
Актуальность проблемы. Решение проблемы повышения качества проектируемых электромагнитных систем тесно связано с осуществлением тщательного анализа происходящих электромагнитных процессов. Применение для этих целей экспериментальных средств требует больших материальных затрат и увеличивает сроки создания нового изделия. Повсеместно используемые традиционные полуэмпири-теские методы характеризуются низкой точностью, большими экономическими затратами и не в состоянии обеспечить современный тех-яический уровень разработок.
Создание высокоэффективных электромагнитных систем при одновременном снижении" затрат на проектирование возможно при ис-зользовании численного анализа электромагнитных полей. Практи-іеская реализация сложных методов численного анализа требует постоянного совершенствования математических моделей, повышения точности вычислительных алгоритмов.
Математическое обеспечение систем автоматизированного про-гктирования (САПР) электротехнических устройств использует в ка-іеотве входной информации величины возмущений электромагнитных іолей при вариациях проектируемых параметров исследуемого провеса. Количественная и качественная оценка возмущений полеЯ яв-иется самостоятельной и сложной задачей как в вычислительном тане, так и в методическом плане. Это обусловлено незначительный величинами возмущений поля по отношению к действующим электромагнитным характеристикам проектируемого изделия.
Разработка элементов САПР электротехнических устройств на свременнсЯ методической основе, обеспечивающей высокую прсизво-;ительность, универсальность, требуемую точность и надежность езультатов проектирования, относится к ряду актуальных научно-ехкических задач.
диссертационная работа является частью исследований, лрово-яшихся в соответствии с научно-технической программой ГКНТ СМ ССР и АН ССОР по созданию САПР коллективного пользования в об-асти электроэнергетических устройств, злектроннс-вычислитель-сй техники и радиоэлектроники. Постановление ГШ и АН СССР 573/13? от 10.11.35. Проблема 0.26. Подпрограмма СгіС.СЗ. ;:г.дя-ке 03.06.А.
Целые работы ярилось решение следугаих теоретических я прга:-гчесхих рспроссв:
- дальнейшее совершенствование методов численного анализа
трехмерного квазистационарного электромагнитного поля в электро
магнитных и экранирующих устройствах в направлении повышения
точности расчетов возмущений поля при вариациях геометрических
и электрофизических параметров;
разработка высокопроизводительных алгоритмов и универсальных программ, ориентированных на использование в САПР;
проведение анализа возникающих, погрешностей и нахождение способов их регулирования на основе сопоставления результатов численных расчетов с известными аналитическими решениями и экспериментальными данными;
выполнение конкретных исследований электромагнитных процессов при экранировании печатной платы проводящей пластиной, расчетов пслей рассеяния динамической головки громкоговорителя и приращений полей от дефекта конечных размеров в зоне дефекта.
Методы .исследования. Исследование электромагнитных процессов при проектирований электромагнитных систем (ЭМС) проводилось на основе численного математического моделирования на ЭВМ, базирующегося на фундаментальных законах теории электромагнитного поля. Крк формулировке и обосновании сеойств, определяющих процесс уравнений, применен аппарат теории интегральных уравнений фредгсльма и сингулярных интегральных уравнений.
Численное решение систем граничных интегральных уравнений (ГИУ) осуществлено методом сведения к системам линейных алгебраических уравнений. При реализации алгоритмов и программ расчета использовались методы вычислительной математики и лкнейноі алгебры.
Оценка погревшостей и тестирование разработанных программ осуществлялись сопоставлением с известными аналитическими решениями и предоставленными экспериментальными данными.
Научная новизна. Получены следующие новые научные результаты.
-
Разработаны новые математические модели для анализа во: мутений электромагнитных полей при варьировании геометрическим и электрофизическими параметрами ЭМС. в основу которых легли системы ГИУ 2-го рода с разностными фиктивными источниками на поверхности проводящей области.
-
Обоснована методика введения ограничивающей область ис следований поверхности, которая расширила круг, задач, доступны численному анализу. - ''.:''"
-
Разработаны высокопроизводительные алгоритмы численного решения систем ГЛУ, основу которых составляют экономичные схемы численного интегрирования с использованием сплайн-аппроксимации подынтегральных функций и источников поля на ограничивающей поверхности, способы числовой кодировки исходных данных и формирования матричных уравнений.
-
Создан комплекс программ для анализа квазистационарных электромагнитных полей, в котором реализованы разработанные вычислительные алгоритмы яри рациональном использовании ресурсов ЭВМ.
-
Исследованы погрешности численного расчета электромагнитных полей по разработанным программам, источники погрешностей и способы их регулирования. Выполнено сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными и аналитическими решениями.
-
Исследовано влияние вариаций проектируемых параметров ЭМС на электромагнитные характеристики реальных промышленных конструкций (экранирующие системы, динамическая головка громкоговорителя).
Практическая ценность. Разработанные методы и вычислительные алгоритмы реализованы в виде программного комплекса для расчета трехмерных квазистационарных электромагнитных полей в присутствии проводящих деталей с линейными характеристиками и для анализа возмущений полей при варьировании геометрическими и электрофизическими параметрами проектируемой ЗМС. На базе разработанных программ рекен ряд практических задач проектирования. Выполнены исследования электромагнитных процессов при экранировании печатной платы, анализ полей рассеяния динамической головка громкоговорителя и расчеты приращении полей от дефекта конечных размеров при варьировании геометрическими характеристиками дефекта. При этом за счет использования высокоточных, информативных методов и высокопроизводительных алгоритмов анализа возмущений электромагнитных полей при вариациях геометрических и электрофизических параметров ЭМС удалось значительно повысить точность и надежность проектирования, сократить экономические затраты и сроки проектирования за счет уменьшения дорогостоящего промежуточного макетирования н улучшения технических параметров проектируемых устройств, расширить круг доступных для решения сложных технических задач.
Реализация работы. Результаты работы использованы при про-
- є -
ектировании экранирующих систем печатных плат, исследовании электромагнитных процессов в задачах- электромагнитной дефектоскопии, проектировании и исследовании систем специального назначения. Разработанный программный комплекс внедрен на предприя тим для проектирования новых электромагнитных устройств, оптимизации существующих конструкций и исследованиях различных электромагнитных элементов. Экономический эфрэкт от внедрения составил 105 тыс. руб.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены:
на X научно-технической конференции "Неразрушашие физические методы и средства контроля", г.Львов, 1984 г.
на Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов "Бычис лителькые метода и математическое моделирование", п.Щушенское, 1Э83 г.
на IX Всесоюзной конференции по постоянным магнитам, г.Суздаль, 1ЭЗЗ г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано ? печатных работ.
ССт.ёи работу;. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа содержит: 91 стр. машинописного текста, 51 рисунок, 80 наименование библиографии.
Похожие диссертации на Разработка методов и программного обеспечения для анализа возмущений электромагнитных полей при вариациях параметров системы
