电磁黑障问题的不连续伽辽金时域节点有限元分析

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时域有限元能够对复杂结构精确模拟和能处理宽带信号,在计算电磁学领域越来越流行。但是当计算目标的尺寸大于一个波长的时候,程序求解时间会因矩阵求逆而大大延长。本文首先介绍了基于矢量基函数的不连续伽辽金时域有限元法,每个单元都会形成单独的局部矩阵,改变了全局矩阵的形态使得全局矩阵变为块对角矩阵,大大缩短求逆时间。同时不连续伽辽金时域有限元方法,允许不同的单元采用不同阶数的基函数插值各自单元内的场值。精细结构可以在粗剖网格的基础上,采用高阶基函数,在保证求解精度的基础上,变量的数目减少,提高程序的求解效率。接着在矢量有限元的基础上推导了基于节点基函数的不连续伽辽金时域有限元,使得节点有限元与矢量有限元得以统一。将不连续伽辽金节点有限元应用到分析含等离子体媒质的电磁波传播问题中,通过输入电场与输出电场幅值大小变化验证了通信黑障的存在。最后将不连续时域节点有限元方法应用在实际工程问题中,用来分析磁场缓解高超飞行器通信黑障问题(磁窗问题)。高超飞行器在稀薄的大气中飞行的时候,产生的激波会使空气电离产生等离子体鞘套,会对通信的电磁波产生严重的衰减。通过研究磁场降低电子密度的理论,建立磁流体仿真模型。采用不连续伽辽金时域节点有限元方法对流体方程与非线性的泊松方程进行离散,利用显式迭代,分析了不同条件下电子密度削弱的情况。
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