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时域有限差分法 时域有限差分法

格式:word 上传:2022-06-25 20:04:05

《时域有限差分法》修改意见稿

1、“.....若已知时空间各节点处的电场值赋初值计算时空间各节点处的磁场值,式计算时空间各节点处的电场值,式可以看出,这种离散方法电场和磁场在时间顺序上交替抽样,抽样间隔相差半个时间步长,使麦克斯韦方程离散后成为显示差分方程,从而可以在时间上迭代求解,不需矩阵求逆。给定初值后,可以逐步推进,求得以后各个时刻点的空间电磁分布。这是法的最大特点。解的稳定性在中,时间增量和空间增量之间不是相互独立的,它们的取值必须满足定的关系,以避免数值结果的不稳定,表现为随着时间步数的增加,计算结果发散......”

2、“.....原始数据可能有误差,如系数阵建立过程中产生的误差,而每次运算由于只能保留有限位数而又产生误差,误差的积累有可能淹没真正解,使计算结果不可靠,即不稳定计算方法不合适离散间隔不当等。为了确定数值解稳定的条件,有许多推导方式,结论相同。时间步长稳定性要求般情况下时间步长与空间步长的关系三维在非均匀区域,取最大值。真空中光速。若是正方体元胞,,那么若是正方形元胞二维,,那么若是线段等分元胞维,那么数值色散当波传播的速度是频率的函数......”

3、“.....称其波为色散波。色散的原因有多种由于媒质是金属或各向异性等由于载波体形状也称几何色散由于值计算方法等也称数值色散原因。用差分法计算时,会在计算网格中引起模拟波模的色散,即在时域有限差分网格中,数值波模的传播速度随频率变化,即速度在网格中随数值波模在网格中的传播方向以及离散化情况的不同而改变。这种色散将导致非物理因素引起的脉冲波形畸变,人为的各向异性及虚假折射现象,都会给计算带来误差,因此要尽量减小数值色散。为了减小数值色散,除了满足式外,可取比式更高的要求并令电磁波沿网格的对角线方向传播,这时有,可以得到理想的色散关系......”

4、“.....式中,式中对波,只要令,在上不随变化,中去掉,即可得到式中式中式中,为了编写统的和波二维程序,可将描述波差分公式中相应的标号整体移动,即坐标,分别沿和轴方向移动半个网格......”

5、“.....式可以重新写为式中,式中,以上三式是电场的时间推进计算公式。磁场时间推进差分格式节点的个磁场分量分别用,,位置上的表示,同样,讨论式中第个公式,设观察点为的节点,即在时刻......”

6、“.....式中其它两个公式的离散形式为式中可以看出,波的公式与波的公式形式相同,给编程带来极大方便。注意波和波之间的对偶关系,即这样就可以编写统的计算程序了......”

7、“.....以式中第个公式为例在时间步,对节点的离散公式为ε上式中的第二项用平均值来替代是因为离散方程中电场的时间取样是整数,磁场的时间取样是,所以只能取及时电场的平均值。实际也证明这个平均值使算法具有数值稳定性。整理后,将作为未知数......”

8、“.....式中其它两个公式的离散形式为用这种离散方式,将含时间变量的方程转化为组差分方程,并在时间轴上逐步推进地求解空间电磁场。由电磁问题的初值和边界条件,就可以逐步推进地求解以后各时刻空间电磁场分布。方程的差分格式麦克斯韦第二方程式中,时电流密度,反映电损耗,是磁流密度,单位......”

9、“.....主要与上式对应。各向同性介质中的本构关系其中是磁阻率,计算磁损耗的。以,为变量,在直角坐标中,展开麦克斯韦第二方程,分别为令,代表,在直角坐标中的任何个分量,离散符号取为,,......”

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