一种蜂窝吸波结构电磁快速数值建模方法.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CN113033052A(43)申请公布日2021.06.25(21)申请号202110330773.6(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)发明人杨明林袁晓伟盛新庆(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人李微微(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书3页说明书9页附图6页(54)发明名称一种蜂窝吸波结构电磁快速数值建模方法(57)摘要本发明提供了一种蜂窝吸波结构电磁快速数值建模方法，首先根据吸波蜂窝板结构，将模型分成全波精确电磁建模区和均质等效建模区；全波精确电磁建模区此区域内蜂窝璧被移除为薄璧中心面，采用阻抗边界条件描述电磁场的不连续性，并作为整个区域有限元离散的边界条件，因此可以较为精确模拟因为蜂窝结构板的边缘效应，剩下内部区域的蜂窝单元采用H‑S变分理论等效为均匀介质后进行有限元离散建模，均质等效建模极大的简化了模型结构，脱离了原蜂窝结构几何形状的限制，建模灵活性极大增强，同时，可以使用正常的剖分密度生成计算网格，进而减少网格数量，明显提高了计算效率。CN113033052ACN113033052A权利要求书1/3页1.一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将整个计算区域分为有限元计算区域与边界元计算区域两部分；其中，有限元计算区域为蜂窝吸波结构的三维模型实体部分，边界元计算区域为蜂窝吸波结构中包围有限元计算区域的闭合曲面；然后将限元计算区域分成全波精确电磁建模区和均质等效建模区；全波精确电磁建模区为蜂窝吸波结构外侧设定宽度的环形区域；对精确电磁建模区中每个蜂窝单元都要进行实体建模，且每个蜂窝单元的边界为原蜂窝璧的外表面，均质等效建模区为将蜂窝吸波结构除全波精确电磁建模区的中间部分，将其替换成均匀实心介质，最终得到混合等效蜂窝模型；步骤二：对均质等效建模区使用四面体网格剖分，同时均质等效建模区与全波精确电磁建模区最内侧的实心六棱柱接触的面定义为有限元交界面；全波精确电磁建模区中的实心六棱柱结构同样使用四面体网格剖分；然后对边界元计算区域进行三角形网格剖分；步骤三、对步骤二剖分后的模型进行计算，获得磁场分布。2.如权利要求1所述的一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法为：在全波精确建模区和均质等效建模区的有限元交界面采用完全二阶Robin传输条件；在有限元计算区域与边界元计算区域的交界面采用一阶Robin传输条件；对均质等效建模区的电磁场通过有限元泛函变分模拟；在全波精确建模区域，各蜂窝单元外表面两端的电磁场不连续性条件阻抗边界条件等效；将全波精确电磁建模区的场通过泛函变分模拟；将边界元计算区域的边界条件采用联合积分方程描述；求解得到模型的磁场分布。3.如权利要求2所述的一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，所述在全波精确建模区和均质等效建模区的有限元交界面采用完全二阶Robin传输条件具体为：其中，表示有限元交界面Γmn上最小的网格边尺寸，为虚数单位，为自由空间的波数，其中，μ0和ε0分别表示空气中磁导率和介电常数；ω＝2πf表示为角频率，f表示计算的工作频率；和分布表示交界面上的电流和电场，i＝m，n，m和n分别代表全波精确电磁建模区和均质等效建模2CN113033052A权利要求书2/3页区。4.如权利要求3所述的一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，有限元计算区域外表面与边界元计算区域的交界面采用一阶Robin传输条件，具体为：和表示有限元计算区域外表面上的电流和电场；和表示边界元计算区域表面上的电流和电场。5.如权利要求4所述的一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，均质等效建模区的电磁场通过有限元泛函变分模拟为：其中，Z0为自由空间阻抗，均质等效建模区内部使用Ωm表示，dV表示单位体积，dS对应积分面的单位面积；Em表示Ωm中的电场，和分别表示Γm和面上的磁场，和分别表示Γm和面上的法向；εm,r表示Ωm中的相对介电常数。6.如权利要求5所述的一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，所述阻抗边界条件等效为：其中，是单位法向量；zs＝jω(εr‑ε0)d，εr为蜂窝壁的介电常数，d为等效前的蜂窝壁厚度；E+表示等效前的蜂窝单元内壁上的电场，E‑表示等效前的蜂窝单元外壁上的电场，E表示等效前的蜂窝壁内的电场；H+表示等效前的蜂窝单元内壁上的磁场，H‑表示等效前的蜂窝单元外壁上的磁场。7.如权利要求6所述的一种蜂窝吸波结构电磁数值建模方法，其特征在于，所述全波精确电磁建模区的场可以通过泛函变分模拟为：其中