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《沈阳工业大学》 2011年 硕士论文
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开域微波场介质散射的有限元仿真研究

唐杰  
【摘要】:在对钢筋混凝土结构可视化及信息处理技术进行研究的过程中有两个重要的研究方向,一是设计制造探测雷达,用于对钢筋混凝土结构进行无损检测;另外一个就是设计分析软件,用于对探测到的信息进行处理及成像。分析软件的设计主要包含两个部分,第一是对电磁场进行仿真分析,第二是对采集信息实现可视化。对应于计算电磁学来说则是电磁场数值分析中的正问题和逆问题研究,正问题分析电磁场模型,获得相关数据;逆问题通过正问题提供数据进行成像。因此,对正问题的研究是设计分析软件的前提,是对逆问题的理论支持和数据供应,是非常必要的。 本课题通过对电磁场数值计算问题常用方法的分析比较,选择了有限元法(FEM)做为实现电磁场正问题分析的基本方法。在将有限元法用于电磁场数值计算问题的过程中,对二维电磁场计算模型区域进行了设定,实现了网格剖分,对混凝土和钢筋交界区域采用不同的网格剖分方式,通过由基本三角形单元构成的正八边形结构实现了对混凝土结构和柱形钢筋形成的圆形边界的逼近;对模型区域实现场源加持,分析了均匀平面波信号在入射到模型区域后的吸收、反射原理;对边界区域通过使用完全匹配层(PML)对边界条件进行了设定。本课题在实现的过程中,通过使用C++语言实现了对模型区域的仿真分析,完成了对二维模型区域的剖分,生成了实验中间数据,通过ANSYS分析了含有一根钢筋的混凝土结构的电磁特性,并就钢筋位于不同位置时的电磁散射特性做了比较。 C++语言在本课题中充分显示了其在分析、求解有限元法上的优越性。基于面向对象的编程思想使得分析软件在后续的开发、研制和移植方面变的更为容易。通过对二维电磁场进行有限元法的实现,掌握了有限元法求解电磁场问题的总体思路,充分展示了有限元法在计算电磁学方面的优越性。


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