基于时域有限差分方法的网格生成新方法

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作为一种电磁场的数值计算方法,时域有限差分方法具有简单、直观、容易掌握、广泛的适用性等优点。它已经被用到了电磁场工程计算的各个方面,而且随着计算机性能的提高,其应用范围正在不断扩大。使用时域有限差分方法计算电磁场问题时,首先要进行几何建模,而网格生成是几何建模中最重要的环节,也是建模过程中最复杂的步骤,网格生成的复杂度直接决定了几何建模过程的效率。在实际的工程应用问题中,时域有限差分方法(FDTD)的正交网格生成有网格误判以及网格生成效率不高等问题。FDTD共形技术是为了减小对物体进行阶梯近似时引起计算误差的技术,但是共形网格的生成是一个难点。本文针对FDTD正交网格生成和FDTD共形网格生成,做了以下工作:1.首先介绍并研究了目前最常用的FDTD正交网格生成方法—基于奇偶计数的网格生成算法,分析其网格生成产生奇异性的原因,并对计算复杂度进行深入分析,给出了其网格生成效率不高的理论依据。2.依据计算几何学的理论,提出了基于极角判断的网格生成算法,分别给出了二维和三维网格生成流程,在算法复杂度和奇异性分析方面,与基于奇偶计数的网格生成算法做了深入的比较,表明该算法网格生成效率高且无奇异性问题,最后通过仿真验证了分析结果。3.提出了基于分段线性插值和厄尔米特插值的方法来生成复杂目标的共形网格。不仅给出了共形网格的生成方法,同时给出了FDTD共形技术求解电磁场问题时的面积元求解公式。对于阶梯近似、分段线性插值以及厄尔米特插值,分别作了误差分析与比较。
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