含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射建模及计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113033053A(43)申请公布日2021.06.25(21)申请号202110330938.X(22)申请日2021.03.26(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人盛新庆杨增杨明林(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人郭德忠温子云(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)权利要求书2页说明书10页附图9页(54)发明名称含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射建模及计算方法(57)摘要本发明提供了一种含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射建模及计算方法，在对六边形蜂窝结构建模时，将蜂窝壁等效为阻抗片，只剩下均匀的蜂窝单元作为体，整个蜂窝区域变为含有一系列阻抗边界条件的均匀介质体，简化了蜂窝建模的过程。采用非共形区域分解技术，对含吸波蜂窝结构的复合目标分区单独建模，使得对任意形状和尺寸的蜂窝结构的建模计算成为可能，实现了允许灵活、自由的几何模型的创建、区域划分和网格剖分。建模剖分后，针对子区域之间的不同交界处设置高效的传输条件保证面上切向电磁场、线上法向电磁流的连续性，将子区域联结在一起。电磁散射计算过程中，对方程离散后得到矩阵方程，引入IBC公式简化计算过程。CN113033053ACN113033053A权利要求书1/2页1.一种含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射建模方法，其特征在于，包括：步骤一、将含有吸波蜂窝结构复合目标中的蜂窝单元建模成为六边形实心柱体；步骤二、对建模后得到的六边形实心柱进行体剖分，获得四面体网格，四面体网格中保留六边形实心柱体各侧壁的位置信息；步骤三、根据所述位置信息，提取所述四面体网格中位于六边形壁面的三角形网格并进行阻抗设计，从而将蜂窝单元的侧壁表征为阻抗片；获得复合目标中蜂窝结构的内部有限元FE网格信息文件和外部边界积分BI网格信息文件；步骤四、对复合目标中除蜂窝结构外的部分进行建模剖分，获得对应的FE网格信息文件和BI网格信息文件；步骤五、分别联结步骤三和步骤四中的FE网格信息文件和BI网格信息文件，获得复合目标的全局信息，完成建模过程。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤一中的吸波蜂窝结构满足阻抗边界条件：kc＞＞k0，其中为吸波蜂窝壁的波数；为背景空间材料的波数，其中，ω为角频率，ε为吸波蜂窝壁的介电常数，ε0为背景空间材料的介电常数，μ吸波蜂窝壁的磁导率，μ0为背景空间材料的磁导率。3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤二中，对六边形实心柱进行体剖分后的未知数总量为四面体网格数的1.5倍。4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤三中的阻抗设计为：结合介电常数和涂抹了吸波液的蜂窝壁的厚度，获得阻抗R，其中，k0是背景空间材料的波数，εr是吸波材料的介电常数，d是蜂窝单元的蜂窝壁的厚度，j为复数的虚部。5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述蜂窝结构的FE网格信息文件和BI网格信息文件获得方法为：将蜂窝结构中各蜂窝单元的内部四面体网格信息存放到FE网格信息文件；将各蜂窝单元的外表面三角形网格信息存放到BI网格信息文件；所述复合目标中除蜂窝结构外的部分为多介质部分和金属部分，根据所述多介质部分的四面体网格信息，获得多介质部分的FE网格信息文件和BI网格信息文件；所述金属部分使用自动分区工具metis进行三角形网格分区，得到金属部分的BI网格信息文件。6.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述联结步骤三和步骤四中的FE网格信息文件和BI网格信息文件为：针对不同文件所在的子区域间形成的交界面：FE网格信息交界面的联结采用完全型二阶Robin型传输条件；BI网格信息交界面的联结采用间断伽略金技术；FE网格信息和BI网格信息交界面的联结采用一阶Robin型传输条件。7.一种含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射计算方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任意一项所述的建模方法建立含吸波蜂窝结构复合目标的高效电磁散射模型；根据建模结果进行电磁散射计算。2CN113033053A权利要求书2/2页8.根据权利要求7所述的计算方法，其特征在于，所述电磁散射计算，采用阻抗边界条件IBC公式：其中，H+，H‑表示阻抗片平面上下的磁场，E是电场并且沿着阻抗片平面，其切向分量连续，表示从阻抗片平面指向求解域的单位法向矢量，R为阻抗；所述IBC公式经过泛函变分后得到：泛函变分后的IBC公式被加入到对六边形实心柱体剖分后进一步分区得到的子区域的有限元区域内的电磁场的泛函变分，表示为：其中，F(Em)为电磁散射计算过程涉及到的电场未知数的值，为梯度算子，Z0为背景空间阻抗，对六边形实心柱体剖分后进一步