[发明专利]一种自适应自由度电磁-温度多物理场耦合分析方法

说明书

本发明公开了一种自适应自由度电磁‑温度多物理场耦合分析方法，包括：建立电工装备几何模型及初始非结构网格离散；建立电磁‑温度多物理场弱耦合数值模型；基于非结构网格单元的电磁‑温度多物理场弱耦合数值模型分析有限元计算格式推导；计算求解电工装备内的电磁‑温度多物理场，并对数值解进行误差分析；调整各物理场的自由度，并根据调整结果重新求解直到数值解精度满足要求，完成分析。本发明在一套网格上实现对于两个物理场自由度的独立灵活调整，以较小的计算资源满足物理场对于离散的不同要求，避免进行实际操作的网格稀疏及后续的复杂操作，以及使用网格映射函数及其可能引入的误差，有效提高电磁‑温度耦合分析计算的计算效率。

技术领域

本发明涉及电工装备及仿真计算的技术领域，尤其涉及一种自适应自由度电磁-温度多物理场耦合分析方法。

背景技术

随着电力、能源等产业的发展，高能量密度及高效的电工装备成为众多应用场合的追求目标，在相应设计中需综合考虑电磁场、温度场等多个物理场以实现对于材料的极限利用；作为优化设计中的重要一环，多物理场仿真分析方法是实现该目标的关键支撑。基于物理场独立数值求解构建的电磁-温度多物理场弱耦合分析方法是目前主要的研究和发展方向，电磁场和温度场分别采用有限差分、有限体积、有限元等方法进行求解，并通过网格映射程序实现物理场间耦合量的传递，然而传统弱耦合分析方法存在映射函数选择以及映射误差较大等问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：传统弱耦合分析方法存在映射函数选择以及映射误差较大等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种自适应自由度电磁-温度多物理场耦合分析方法，其特性在于，包括：建立电工装备几何模型并进行离散，得到初始非结构网格；根据物理场控制方程及分析问题的边界条件，建立电磁-温度多物理场弱耦合数值模型；基于所述非结构网格单元的电磁-温度多物理场弱耦合数值模型分析有限元计算格式推导；计算求解所述电工装备内的电磁-温度多物理场，并对数值解进行误差分析；基于误差分析结果，调整各物理场的自由度，并根据调整结果重新求解直到数值解精度满足要求，完成分析。

作为本发明所述的自适应自由度电磁-温度多物理场耦合分析方法的一种优选方案，其中：完全离散后的电磁场控制方程包括，

其中，C_XX为电磁场刚度矩阵系数，A_x、A_y、A_z、分别为矢量磁位A的x、y、z方向分量和标量电位，F_X为电磁场载荷，D_XX为右端项系数，k+1/k为计算步数，n为自由度数目。

作为本发明所述的自适应自由度电磁-温度多物理场耦合分析方法的一种优选方案，其中：完全离散后的温度场控制方程包括，

其中，T为温度，S_ij为温度场刚度矩阵系数，F_i为温度场载荷，λ为热导率，N为权函数/插值函数，ρ为密度，c为比热容，Δt为时间步长，a_s为传热系数，Ω为定义域，Q_V为热源体密度，q_g为热流，T₀为环境温度，Γ₂为第二类边界，Γ₃为第三类边界。