[发明专利]基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法

权利要求书

1.一种基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建大地土壤几何体模型；构建接地极几何体模型，并将大地土壤几何体模型与接地极几何体模型形成联合体模型；分别对土壤几何体模型和接地极几何体模型添加材料，并施加不同电导率和相对介电常数；对该联合体模型的边界区域施加电流守恒、电绝缘、接地、电流初始值、电流终端在内的初始和边界条件；在联合体模型上选取相关参照线以及参照面以便电压与电流结果观测；针对联合体模型进行网格剖分，进行有限元求解；在选取的参照线与参照面上得出电流与电压计算结果；改变大地土壤几何体模型结构重复进行有限元计算，分别对比单层、三层以及混合分层下的直线形接地极溢流特性；

当土壤模型为单层模型时进行第一次计算：联合几何体大小为0.6m×0.6m×0.4m的长方体模型，接地极长度为20cm，直径为2mm，土壤模型为单层模型，即整个几何体内土壤电导率均匀一致，随后对大地土壤模型各有限元计算，求解得到大地土壤模型下地表水平方向和垂直方向下的电流密度分布曲线，以及电位以及电流的密度线；

当土壤模型为三层模型时，进行第二次计算：联合几何体大小为0.6m×0.6m×0.4m的长方体模型，接地极长度为20cm，直径为2mm，土壤模型为三层模型，即每一层内土壤电导率均匀一致，不同层之间的电导率不同，随后对该模型各有限元计算，求解得到该模型下地表水平方向和垂直方向下的电流密度分布曲线，以及电位以及电流等密度线；

当土壤模型为混合分层模型时，即水平三层加上垂直一层，进行第三次计算，联合几何体大小为0.6m×0.6m×0.4m的长方体模型，接地极长度为20cm，直径为2mm，土壤模型为混合分层模型，即每一层内的土壤电导率均匀一致，不同层之间的电导率不同，随后对该模型各有限元计算，求解得到该模型下地表水平方向和垂直方向下的电流密度分布曲线，以及电位以及电流等密度线。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法，其特征在于，单元材料属性为电导率属性和相对介电常数属性。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法，其特征在于，单层模型对应夏季或气候温和时大地整体电阻率均匀一致的情况；三层模型为冬季或气候较为寒冷时大地表层以下有一定厚度的冻土情况，导致电阻率出现断层；混合分层模型为冬季或气候较为寒冷时且地质情况在垂直面垂涎断层。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法，其特征在于，所述接地极及其所在大地的联合几何体模型是在普遍适用的有限元软件中建立的。

5.根据权利要求1所述的一种基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法，其特征在于，有限元剖分单元模型为四面体单元。