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  • 容积导电模型研究可用于容积导电系统的设计和能量传递参数的优化。...利用软件FEM3.5搭建了容积导电多场耦合模型,从物理视角验证了容积导电能量传递的可行性,为进一步优化能量传递效率奠定了基础。
  • 建立了多场耦合冲击危险性动态评价技术:以原岩应力场表示煤岩孕灾过程的静态基础量,以采动应力场和震动场表示煤岩孕灾过程的动态变化量,以波速异常指数、波速梯度指数、应力异常指数、应力梯度指数为评价指标可...
  • 煤岩动力灾害中各个物理场演化非常复杂,结合损伤力学、电磁场理论等交叉学科理论,推导了复合煤岩变形破裂温度场、应力场、电磁场物理场耦合数学模型,建立了场仿真模型,对煤岩受载变形破坏过程中的此三个物理...
  • 提出物理场耦合激励下的高速列车车内结构辐射噪声计算方案,分别采用快速多极边界元、刚性体动力学和大涡模拟结合Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)声类比法提取了350 km/h下的轮轨噪声、二系悬挂力和空气动力...
  • 我们考虑与能量动量张量耦合的标量和矢量的理论。 由于这些还带有非平凡的能量动量张量,因此耦合处方会产生自相互作用。 与重力理论类似,我们通过导致无限级数的迭代过程来构建动作,可以将其作为一组微分方程...
  • 为了揭示含瓦斯煤体内应力场-瓦斯场-裂隙场三场之间的耦合关系及其损伤断裂机理....揭示了多场耦合作用下煤体内大量微损伤积累通过跨尺度的非线性串级发展而诱发煤体的宏观灾变,并从能量角度给出了含瓦斯煤体的损伤
  • 在考虑Brans-Dicke标量张量理论的球形对称宇宙中研究了暗能量现象及其表现。 在第一个模型中,暗能量的行为类似于幻像类型,在这样的宇宙中,负时间的... 这种模型的一个独特之处是标量永恒存在。 它永远不会趋于零。
  • 通过对不同直径的圆柱圆周表面激光淬火温度场进行计算,从而对温度场耦合对圆柱圆周表面激光淬火温度场形成所产生的影响进行分析。结果说明,圆柱直径的大小影响着温度场耦合的程度,进而影响着激光淬火温度场的形成...
  • 本文用高斯-变型贝塞耳(Gaussian-modified Bessel)函数近似基模计算两梯度单模光纤之间的能量耦台.给出了耦台系数公式和不同v值及指数折射率分布参数g的耦合系数随距离D的变化曲线.g=∞时,本文的结果和文献[5]结果...
  • 为研究非饱和岩体对温度场-渗流场-变形场三场耦合作用的响应,采用等效连续介质模型,根据质量守恒方程、线动量平衡方程和能量守恒方程以及相应的物性方程(状态方程和本构方程)推导了非饱和岩体三场耦合控制方程,...
  • 提出了将暗能量与暗物质耦合的动力学分析方法,其中考虑了复杂的标量,并在存在钡剂流体的情况下将其考虑在内。 我们考虑了三种暗能量候选者:精粹,幻影和超音速。 找到了临界点并对其稳定性进行了分析,从而导致...
  • 基于能量互易定理并考虑裂隙扩展过程中的能量转换和裂隙扩展过程中的相互作用,探讨了裂隙岩体在复杂应力状态下本构关系与损伤演化方程,给出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系,从而建立了裂隙岩体渗流场与损伤场耦合...
  • 这是在非线性有机介质中存在两个光子吸收,激发态吸收和折射以及热光折射的情况下,两个光束耦合的数值分步光束传播模型。
  • 目前混合地表温度场的数学模型忽略了地表内部各...实验结果表明,利用耦合模型求解的混合地表的温度场分布和热图像特征与自然地表红外辐射特性的真实分布规律具有更好的一致性,从而验证了温度场耦合建模方法的有效性。
  • 耦合模理论推导

    2018-11-14 21:17:01
    能量传输 耦合模理论 电磁 微波 射频 公式推导 无线能量传输
  • 我们考虑耦合能量的场论模型,该模型将暗能量视为三形式,并将暗物质视为自旋。 通过将暗物质的有效质量作为三形式的幂律函数,并忽略暗能量的势项,我们获得了演化方程自治系统的三个解,包括de Sitter吸引...
  • 作为一种电磁特性的元激发,LiNbO3晶体的耦合场量子的辐射频率覆盖部分太赫兹频段范围,并可通过耦合场量子受激拉曼散射过程辐射THz波。根据耦合场量子辐射理论,通过分析晶体的耦合场量子色散特性曲线,可以确定该...
  • 对考虑弯曲和纵波场耦合的板结构给出了计算能量有限元耦合矩阵的一般方法。用能量有限元法对受到两个不相关宽带白噪声激励力作用的L型板的能量响应和功率流进行了计算,结果反映了各波场的能量在空间上的分布和它们在...
  • 变色龙标量是具有屏蔽机制的物质耦合能量候选者。 在本文中,我们提出了一种通过光泵探针光谱技术检测变色龙可能特征的量子腔光学机械方案。 与先前的实验相比,可以通过使用静电屏蔽和泵浦探针方案读取弱频率...
  • 我们研究了对最小精粹模型的特定一参数扩展的观测约束,其中,精粹通过耦合常数ξ与标量曲率获得了二次耦合。 如果在普朗克尺度附近以某些值驱动后期宇宙加速度,则在典型的跟踪器模型中将极大地抑制ξ的值。 ...
  • 这种耦合场就是“规范”( gauge field) 黄克孙《大自然的基本力:规范的故事》 用神经网络分类mnist0和2 (0,2)—81*10*2-(1,0)(0,1) 得到数据 f2[0] ...

    磁场对于电流有一个作用力,一个密度为j的电流具有的相互作用能由下式给出 

    磁相互作用的能量密度=-j•A

    A被称为失势

    它表明带电粒子经由矢势与磁场耦合。这种耦合场就是“规范场”( gauge field)

     

    黄克孙《大自然的基本力:规范场的故事》

     

    用神经网络分类mnist0和2

    (0,2)—81*10*2-(1,0)(0,1)

     

    得到数据

    f2[0]

    f2[1]

    迭代次数n

    平均准确率p-ave

    p-ave

    p-ave

    δ

    耗时ms/次

    耗时ms/199次

    耗时 min/199

    最大值p-max

    平均值标准差

    0.500681

    0.49907

    15.88442

    0.513427

    0.531402

    0.496358

    0.5

    8.678392

    1727

    0.028783

    0.865805

    0.055705

    0.54569

    0.455597

    293.005

    0.938315

    0.977582

    0.901026

    0.4

    10.06533

    2019

    0.03365

    0.967197

    0.021675

    0.608057

    0.391299

    367.4824

    0.94556

    0.989939

    0.903417

    0.3

    11.16583

    2222

    0.037033

    0.965706

    0.009684

    0.596374

    0.403002

    434

    0.958713

    0.987381

    0.931489

    0.2

    10.9598

    2197

    0.036617

    0.973161

    0.005782

    0.119741

    0.880127

    548.7437

    0.971143

    0.973367

    0.969031

    0.1

    11.8794

    2364

    0.0394

    0.977137

    0.004553

    0.043502

    0.956506

    1162.347

    0.976822

    0.985473

    0.968608

    0.01

    16.68342

    3335

    0.055583

    0.980616

    0.002253

    9.33E-04

    0.999069

    3338.643

    0.981485

    0.986119

    0.977085

    0.001

    33.01508

    6570

    0.1095

    0.985089

    0.001276

    8.35E-04

    0.999165

    3467.417

    0.9816

    0.985684

    0.977723

    9.00E-04

    34.1809

    6802

    0.113367

    0.985586

    0.001115

    7.46E-04

    0.999255

    3819.96

    0.98173

    0.985894

    0.977776

    8.00E-04

    36.60804

    7285

    0.121417

    0.986083

    0.001395

    6.50E-04

    0.999349

    3995.116

    0.981745

    0.987412

    0.976364

    7.00E-04

    38.39698

    7641

    0.12735

    0.985586

    0.00133

    5.57E-04

    0.999444

    4579.759

    0.98222

    0.987089

    0.977596

    6.00E-04

    42.46734

    8451

    0.14085

    0.986083

    0.001679

    4.62E-04

    0.999537

    5050.673

    0.982514

    0.985663

    0.979525

    5.00E-04

    -274.975

    -54720

    -0.912

    0.985586

    0.00174

    3.72E-04

    0.999628

    5799.698

    0.982699

    0.985043

    0.980474

    4.00E-04

    51.70854

    10322

    0.172033

    0.985586

    0.00183

    2.80E-04

    0.999721

    7194.905

    0.982794

    0.985371

    0.980347

    3.00E-04

    62.30151

    12413

    0.206883

    0.985586

    0.002101

    1.88E-04

    0.999813

    9540.784

    0.981915

    0.987858

    0.976272

    2.00E-04

    79.80905

    15898

    0.264967

    0.985586

    0.002289

    0.005117

    0.994883

    17090.64

    0.983021

    0.987073

    0.979174

    1.00E-04

    136.9196

    27247

    0.454117

    0.986083

    0.001493

     

    以最后一行数据为例解释

    f2[0]

    f2[1]

    迭代次数n

    平均准确率p-ave

    p-ave

    p-ave

    δ

    耗时ms/次

    耗时ms/199次

    耗时 min/199

    最大值p-max

    平均值标准差

    0.005117

    0.994883

    17090.64

    0.983021

    0.987073

    0.979174

    1.00E-04

    136.9196

    27247

    0.454117

    0.986083

    0.001493

    Mnist的测试集里0有980个,2有1032个,这个网络分类0的准确率为0.987073,分类2的准确率是0.979174,因此全部的平均分类准确率是

    用p1表示0的分类准确率r1表示测试集0的占比,用p2表示2的分类准确率用r2表示测试集2的占比,则平均分类准确率pave

     同时统计这个网络的错误率

    这意味这这个网络分类过程中有(1-p1)的0被分类成了2,有1-p2的2被分类成了0.

     

    训练集mnist0和2通过网络81*10*2实现耦合来完成分类,把这个网络理解成是一个规范场,可以得到

    Mnist的2通过规范场A的作用将有1-p2比例的2变成0.

    同样有

    Mnist的0通过规范场A的作用有1-p1比例的0变成了2.

    所以如果用神经网络分类电场和磁场得到的结果是一个电磁场吗?

    展开全文
  • 基于模匹配原理,分析了倾斜像差对耦合效率的影响,并在理论分析的基础上,对激光章动跟踪方法进行了仿真分析,研究了章动算法参数对算法动态性能的影响。利用快速反射镜和PIN(Positive-Intrinsic-Negative)光电...
  • 本文的主要目的是分析物理场耦合下光、电、热对DA-CPV性能的共同影响。仿真中使用了不同的电池阵列配置去评估变化辐照分布和温度分布下的系统性能。结果表明,电池阵列配置对系统输出和阵列温度分布有明显的影响。...
    62b0179d848f5d87c77d27f40bca4262.pngcdc47b2029887d81a50406fe52396d0d.png

    文章信息

    1

    文章标题:

    非均匀辐照下密集阵列聚光光伏系统的热-电性能研究

    Thermal and electrical performance of the dense-array concentrating photovoltaic (DA-CPV) system under non-uniform illumination

    作者信息:

    Xing Ju, Xinyu Pan, Zheyang Zhang, Chao Xu, Gaosheng Wei

    通讯作者:

    Chao Xu (mechxu@ncepu.edu.cn)

    原文链接:

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261919309341

    论文简介

    2

    文章亮点

    1. 本文分析了在非均匀辐照下多种阵列配置的聚光光伏模块性能;

    2. 本文讨论了辐照分布和温度分布对模块性能的耦合影响;

    3. 本文建立了最优电学输出下阵列温度曲线和辐照分布之间的关联式;

    4. 在非均匀聚光辐照下,光伏模块将在反高斯温度曲线下获得最大功率。

    摘要

    密集阵列聚光光伏(DA-CPV)系统由于极端的运行条件使得输出性能受到一定限制。本文的主要目的是分析多物理场耦合下光、电、热对DA-CPV性能的共同影响。仿真中使用了不同的电池阵列配置去评估变化辐照分布和温度分布下的系统性能。结果表明,电池阵列配置对系统输出和阵列温度分布有明显的影响。与传统的全连接(TCT)方式相比,四角旋转对称连接(QRS)可以使得阵列平均温度和中心温度分别下降至少5和12℃。同时,系统输出功率至少提高了48.29%。在变化的非均匀辐照分布下,采用QRS连接的系统最优输出效率在阵列温度分布为反高斯形式时取得。与均匀和高斯温度分布相比,采用反高斯温度分布后可以使得系统效率继续提高1%。同时,基于拟合的最优输出功率与温度分布关联式,本文分析了实际光照变化下的系统输出性能。在100-1200W/m2的光照变化下,系统采用优化的反高斯温度分布获得99.7%的最优性能。

    ABSTRACT

    Dense-array concentrating photovoltaic (DA-CPV) systems suffer from power generation limits due to extreme operation conditions. This study primarily aims to analyze the multi-physics effects of various optical, electrical, and thermal conditions on the performance of DA-CPV systems. Different module configurations are employed in the simulations to evaluate the coupling impacts of changing illumination distributions and temperature profiles on the system performance. The results demonstrate that module configurations have significant influence on the output power and temperature contour of DA-CPV modules. Compared with conventional total-cross-tied connections, decrements of average module temperature and central module temperature by at least 5 and 12 °C, respectively, and increment of output power by at least 48.29% are achieved based on the quartered rotational symmetry (QRS) connection. Under various non-uniform illuminations, the maximum power will be obtained at anti-Gaussian temperature profiles. Compared with the uniform and Gaussian temperature profiles, the inverse Gaussian profiles can further improve the module output power by at most 1%. Meanwhile, relying on the achieved correlation between the optimized temperature profiles and illumination shapes for the CPV module with the QRS connection, the output performance of the CPV module under various raidation intensities is evaluated. In the range of 100-1200 W/m2 of solar radiation, more than 99.7% of the maximum module power is maintained with the optimized anti-Gaussian temperature profile. 

    Keywords

    Concentrator photovoltaic

    Non-uniform illumination

    Non-uniform temperature

    Module configuration

    Mismatch loss

    文章附图

    3

    e795602874b2856b18897597209eb5c2.png

    Fig. 1. The diagram of the operation condition of the DA-CPV system.

    f2a1db868042c18796b7b801a42b7b66.png

    Fig. 12. Schematic diagram of three module configurations for DA-CPV system: (a) 18 × 2 TCT connection, (b) 12 × 3 TCT connection, and (c) QRS connection.

    3b5475a652ea3d807b49550a71d6248c.png

    Fig. 13. Temperature contours of DA-CPV array with different configurations: (a) 18 × 2 TCT connection, (b) 12 × 3 TCT connection, (c) QRS connection, and (d)temperature curves of the diagonal section of the array

    25940057123ab04c46e852544060856c.png

    Fig. 15. Variations of the maximum power of DA-CPV modules with different illumination distributions and temperature profiles for (a) 18 × 2 TCT connection, (b)12 × 3 TCT connection, and (c) QRS connection.

    cbe51ffd9a5962ed5c88697c878494aa.png

    Fig. 16. Variations of illumination 1/SR and temperature difference ΔT at themaximum power points.

    小编按

    4

    巨星,博士,华北电力大学副教授,博导。博士毕业于中国科学院电工所,本科毕业于清华大学。研究方向:光伏/热综合利用、热管理技术。

    通讯作者:

    徐超,博士,华北电力大学教授,博导。博士毕业于香港科技大学,本科毕业于西安交通大学。研究方向:太阳能高效转化与利用,燃料电池。

    小编按

    5

    密集阵列聚光光伏(DA-CPVT)系统受益于先进的集成电路技术,通过提高电池接收的能流密度,可实现太阳能的高效转化。由于聚光光伏系统涉及太阳能捕获吸收、传递转换与耦合利用等过程,存在着若干理论与方法亟需研究。系统同时具有光电和光热转换,涉及光物理学、半导体物理学和传热学等学科,光-电-热的多场物理传输特性复杂。其次,系统的效率和热稳定性能极易受到多种因素的影响,因此需要探索光-电-热转换过程中的热传递机理与调控方法。同时,由于电池表面极高且不均匀的辐照,迫切需要具有高效和均匀散热能力的器件。本研究建立了碟式聚光光伏复合发电系统的光-热-电耦合模型,分析了非均匀聚光下电池阵列的多物理场协同效应。通过提出的新型电池连接形式与传统对比,对典型非均匀辐照和冷却能力下电池的输出性能和表面温度分布进行了理论分析。结果表明,优化的连接方式可降低电池阵列的平均温度达5 ℃,中心温度达20 ℃,阵列表面温度分布更加均匀且无热斑问题存在。通过参数化扫描研究,揭示了阵列温度分布规律,阐明了系统的电热能量匹配机理。

    关于我们

    本期小编:方娟 中国科学院工程热物理研究所博士在读,主要研究方向为太阳能全光谱分质利用方法

    校对:李蓝宇  新加坡国立大学化学工程专业博士在读,主要研究方向为可持续能源系统的优化与生命周期分析

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  • 感悟 随时补充学习中的感悟,放在开头是为了后来者在学习过程中有所参考。...自学(孤家寡人),主要学习磁场与结构场耦合模型建模,所以思考方式和学习途径具有局限性,希望能为您带来一点参考。 使

    感悟

    随时补充学习中的感悟,放在开头是为了后来者在学习过程中有所参考。

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    2. 先看基础视频,然后找专题视频,再去学习案例(以官方视频优先、案例配有相关的文件)
    3. 学习案例会涉及到其他领域的专业知识,无需在意,不求甚解
    4. 主要学习本专业的建模,要及时补充专业知识、了解相关知识(指一些术语、名词)
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    • 笔记中 斜体名词 是软件中的名词,粗体是强调,粗斜体 是强调的软件中的名词
    • 笔记中“节点 下”指在“节点”下的子序列节点,“节点 中”指这个“节点”本身的设置

    建模方式

    1. 使用导向
    2. 手动创建
    3. 在已有模型上修改

    建模流程

    视具体方法不同,一般:

    1. 建立几何模型
    2. 添加物理场
    3. 添加材料
    4. 添加研究
    5. 解算
    6. 后处理

    以下技巧可以优化建模流程:

    • 建模过程中使用参数变量规范模型
    • 使用标签标记清楚变量,使用定义指定几何的意义
    • 具有对称二维旋转特性的几何,可简化为最基本的几何部分
    • 善于利用软件中便捷功能,例如镜像布尔操作
    • 善于使用向导来快速创建模型

    笔记

    官网有教学视频、案例库、讲座、博客、微信文章等学习资源。在大概看过一遍教学视频后,下载案例库中与专业相关的模型进行学习并再现。


    网格(mesh)

    参考:
    线性静态问题的网格剖分注意事项:网格的工作方式、作用,以及如何划分网格
    网格划分的原则:网格划分的几个原则及影响
    拉格朗日与欧拉坐标联系与区别:物理场常用坐标系及其意义(网格划分是基于物理坐标的)

    1. 单元:组成网格的最小几何,由节点确定
      二阶单元适应到几何体示意图

      (由节点(灰白的点,各面上的点和体内的点已隐藏)确定的二阶六面体单元)

    2. 非结构化网格:一个节点可以被任意多网格共用

      • 三角形网格、四边形网格、四面体网格
      • 最通用的网格
    3. 结构化网格:节点为相同形状大小的网格所共有

      • 网格 - 映射 创建 2D 几何中的结构化网格,是均匀的矩形
      • 网格 - 扫掠 创建 3D 几何中的结构化网格,是均匀的棱柱或六面体
    4. 网格划分是使用网格单元对几何模型进行逼近,从而显得模型被“剖分”
      一阶单元适应到几何体示意图

      (使用一阶六面体单元逼近立方体和柱壳体)

    5. 单元阶次

      • 一阶(线性)单元:单元的形状是线性的(节点间一阶插值)(如 4. 中图片所示)
      • 高阶单元:二阶、三阶单元等,单元的形状是符合高阶的(节点间高阶插值)(如 1. 中图片所示)
      • 调整单元阶次的过程称为 离散化物理场 设置中找到 离散化
      • 阶次越高,节点越多,对形状拟合越好。
        所以,对于非线性的几何(有曲面的),线性网格需要增加数量(更密)才能达到高阶网格的效果
    6. 网格的作用有限元求解方式):

      1. 将几何剖分为更细小的部分,即单元
      2. 物理场求解时,以单元为基础进行求解:
        确定每个节点上的解,按照单元阶次在节点间进行插值,从而得到所有点的解
    7. 由网格的意义可以知道在划分网格时:
      网格越密,阶次越高,越逼近真实几何体形状,同时其解也越精确,但计算量也越大
      COMSOL 软件可以 自适应网格 ,而结果的精确度还需要多次的验证,参见执行网格细化研究

    8. 在重点分析的几何区域加密网格(一个常用技巧):

      • 网格 - 边界 在指定部分设置网格划分密度(图中红色边界),使得生产网格时该部分的网格,既连续,密度又可控
        [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-sOzFx2zn-1622015891039)(D:\documents\COMSOLnotes\网格划分1.PNG)]
      • 曲率因子 :曲率因子越小,几何弯曲边界的网格越密(网格 - 尺寸)
      • 狭窄区域分辨率 :几何边界与边界之间距离较近的区域称为狭窄区域,
        分辨率越大,狭窄区域网格密度越大(网格 - 尺寸
    9. 网格 - 边界层 :对于 流体动力学 或者 低频电磁场研究趋肤效应 需要在在几何表层建立细致网格

    10. 无限元域 :建立一个无限延伸区域,用于表示无穷远的空间。是几何部分的定义属性。

      1. 有三个方式,用来表示无限延伸的区域。每个选项都有不同的适用领域:

        • 无限元域功能用于本质上为扩散型 的控制方程,固体传热 物理场接口就是这样一种情况。“无限元”表示沿特定坐标轴拉伸的区域,其作用是近似形成无限大的域。

        • 完美匹配层 (PML) 域功能用于本质上为波形 的定常控制方程,其中的场描述了能量的辐射,电磁波,频域 接口就属于这种情况。PML 充当一个近乎理想的吸收体或辐射体域。

        • 吸收层功能是 PML 在时域中的建模方案,也用于在本质上为波形 的控制方程,但这些方程通过时域显式方法进行求解,电磁波,时域显式 接口就属于这种情况。

      2. 在模型中的使用:

        • 三种方法的选择,具体取决于模型中添加的物理场。
        • 先在模型中添加物理场,然后右键单击 组件 > 定义 分支,或者转到 定义 工具栏,可以看到相应选项。根据添加的物理场,可能是无限元域、完美匹配层和吸收层三者中的任何一个或几个,或没有一个。
      3. 几何 特征设置:

        • 根据模型中无限元域区域的形状,选择区域的几何类型
        • 笛卡尔 :正正方方的形状,对应正交坐标几何
        • 柱面 (圆柱型):圆形或圆柱形,对应圆柱坐标几何
        • 球面 :三维模型中的球形,对应极坐标几何
    11. 变形网格(deformed geometry & moving mesh)(任意拉格朗日-欧拉公式 ALE)

      • 移动网格(动网格) 接口可用于所有或部分几何相对于绝对参考坐标系移动的模型。
        • 适用在刚性固体对象区域的移动(固体对象本身不会变形,或不考虑其自身变形,即整体平移
      • 变形几何(变形网格) 接口可用于几何形状发生变形的模型,使材料区域跟随几何变形刷新。
        • 多适用在流体区域(空气、液体等),也以可是变形的固体区域,网格节点自动变化

      定义 -> 动网格物理场 -> 数学 -> 变形网格 中都能找到:

      • 定义 -> 动网格 中实际包括了 变形几何移动网格各种功能
      • 物理场 -> 数学 -> 变形网格 中包括 变形几何移动网格 两个独立接口,将其更具体地分开

      原理基础:在 COMSOL Multiphysics 中,参考坐标系称为空间坐标系,默认情况下,其坐标为小写字母 (x, y, z,轴对称情况下为 r, phi, z) 。相对材料静止的坐标系称为材料坐标系,默认情况下,其坐标为大写字母 (X, Y, Z,轴对称情况下为 R, PHI, Z) 。
      变形网格接口使空间坐标系中的网格按照坐标变换所定义的进行变形:

      x=f(X,Y,Z,)y=g(X,Y,Z,)z=h(X,Y,Z,)\begin{array}{l} x=f(X, Y, Z, \ldots) \\ y=g(X, Y, Z, \ldots) \\ z=h(X, Y, Z, \ldots) \end{array}

      变量 x、y 和 z 是空间坐标系中网格点的坐标。函数 f、g 和 h 是任意的,它们的自变量通常是材料坐标系 (X, Y, Z) 中的点坐标。其意义:空间坐标系中某点与材料坐标系中某点形成映射,在计算时,空间中该点的属性即为材料坐标中对应点的属性,从而实现材料在空间中的“移动或变形”。
      (注:在 结果 中查看网格时,应选择 空间坐标系 框架)

      1. 空间中物理的计算离不开一个作为标准的参考系(坐标系),注意他们的意义和原理

        • 欧拉坐标(Euler) :称空间坐标,坐标固定在空间中。如果对于质点的运动来说,是研究不同质点经过空间一定点的状态
        • 拉格朗日坐标(Lagrangian) :称材料坐标,坐标固定在材料上。如果对于质点的运动来说,是跟随质点研究质点的运动状态
        • 两中坐标都是物理上为了描述物质运动而建立的,与数学上的笛卡尔坐标(空间直角坐标)意义不同
          由于其自身特点,
          欧拉坐标多用于流体运动的研究,它的网格在空间中固定不变,质点可以在网格间流动,计算精度不变,但是很难捕捉物质的边界
          拉格朗日坐标多用于固体运动的研究,它的网格与固体一体(固定在材料上),网格被固定在质点上,能过十分精确的描述边界,但当固体变形过大时会使网格严重畸形,不利于计算
      2. 由上面的两种坐标的特点,我们知道:

        • 研究固体运动
          • 使用固体力学接口时,其计算采用拉格朗日坐标,网格已经贴覆在固体上,能够随它变形而变形,已经是**“变形网格”**了
          • 没有使用固体力学接口时,需要使用欧拉坐标 + 变形网格
        • 研究流体运动,使用欧拉坐标,网格在空间中固定,然而流体区域(流体所在空间)可能会发生变化,此时原来的网格不能满足当前的流体计算,需要刷新网格跟随流体区域,这时就需要使用变形网格
          例如,研究放气时气球内的气体流动
        • 研究流固耦合时,流体与固体之间发生作用,固体变形的同时流体所在空间也在变,所以固体内使用拉格朗日坐标,流体区域要使用欧拉坐标 + 变形网格
          例如,研究放气时气球表面张力与气体流动的速度,研究导体受电磁力变形时空气中的磁场!(一开始我还以为不需要动网格呢,天真)
        • 研究流流耦合,还用说吗,当然是欧拉坐标 + 变形网格
        • 注意
          • 某一区域的点的属性被另一区域点的属性替代,等效了材料的移动或变形
          • 移动的是网格的节点
          • 只有网格形状改变,网格的排布结构与数量不变,可能出现网格单元畸形、反转情况,导致收敛性变差
            可启用 自动重新剖分网格 功能,在每次节点移动后判断是否重新剖分网格,避免出现前面的问题
          • 指定区域的网格变换方式(变换函数)是一致的,即移动效果是一致的。故主动指定网格移动只能用于刚体部件的分析区域(移动区域内部的模型在移动过程中不发生变形,平移)
          • 可通过 自由变形 实现某区域自动根据其他变形的区域或变形的条件发生变形(随主动变形或变形条件从动)。指定了 自由变形 的区域,会随发生变化的网格区域自动变形
            • 通过 指定移动网格 等接口可以设置表达式指定网格中主动移动或变形的行为
              • 表达式可以来自自定义函数变量、其他物理场变量(如,位移场变量)、微分方程
            • 固体力学接口 会改变几何形状(固体对象区域),属于内置的主动变化
              • 指定移动网格 等接口功能会发生冲突,二者定义其一即可
      3. 变形网格的设置

        参考:流固耦合(MEMS模块的案例:fluid_structure_interaction);electrodynamic_levitation_device;power_switch

        • 固定网格/边界:指定不变动的网格或边界
        • 变形域/自由变形:指定自由变形的区域
          • 平滑处理 - 网格平滑类型
            • Laplace(拉普拉斯):常用
            • winslow:常用
            • 超弹性:网格变形较大的时候
            • yeho:未知
        • 指定(网格)位移/变形/速度:给选择的部分网格指定位移/变形/速度等表达式
        • 对称/辊支撑:指定网格贴紧某一边界不能离开(但可以在边界上自由滑动)
      4. 设置变形网格的技巧

    12. 自动重新剖分网格

      1. 启用功能:在 研究 - 步骤(瞬态) - 研究拓展 中找到并勾选 自动重新剖分网格

      2. 设置功能:在 研究 -> 求解器配置 -> 解 -> 瞬态求解器 -> 自动重新剖分网格 节点中

        • 用于重新划分网格条件
          • 条件类型:指定重新划分网格的依据
            • 网格质量:网格的质量低于阈值则重新划分网格;以网格质量为判据,求解精度较高
            • 失真:超出失真范围则重新划分网格;更能容忍网格质量低劣,较易求解
            • 常规:指定重新划分网格的条件表达式
          • 条件表达式:对应每种条件类型,设置相应的表达式,以规定重新划分的依据
        • 重新划分网格:控制初始时网格划分的步长和使用的方法(当重新划分网格条件相对苛刻时使用)
      3. 简单案例:electrodynamic_levitation_device案例思路(electromagnetic_plunger_moving_mesh、power_switch案例亦是同样思路,两者都是磁场+刚体运动

        1. 背景:铝盘与2个线圈同心圆放置,铝盘位于线圈上方,线圈通入交流电后,铝盘在感应磁场与重力场的作用下悬浮、稳定的过程
        2. 思路:利用 磁场 接口计算出铝盘所受洛伦兹力,通过 全局方程 使用洛伦兹力得到位移,并提供给 动网格,以指定特定网格的移动,实现被指定的模型部件的运动效果
          动网格
          磁场
          加速度
          位移
          动网格
          线圈
          磁场
          求解域
          洛伦兹力
          磁悬浮铝盘
          全局方程

    实现多物理场耦合

    参考:构建磁流体动力学多物理场模型
    文章主要介绍了手动耦合多物理场的工作流程,以及提到了几个相关问题(技术库条目)

    1. 建立模型

      • 控制方程
      • 边界条件
      • 各区域的模型选择
    2. 耦合

      • 软件自动添加的多物理场接口(自带的)
      • 手动的在需要耦合的节点中添加其他物理场的变量或其组成的表达式运算(手动的)
        • 这时候就需要知道物理场内置的方程或变量的表达式,查看方法在用户未定义(内置)的变量
        • 将**关于内置变量的表达式(根据控制方程)**输入到另一物理场接口(一般是另一物理场的变量)中
          流体与电磁场耦合
          如图上,流体 中的 体积力(volume force) 表达式是 电磁场 中的 电流密度(mef.J)磁感应强度(磁通密度,mef.B) 构成的;
          如此,就将两种场的物理量联系起来,实现物理场耦合
      • 耦合方式:
        • 松散耦合:又称单向耦合,只考虑到一物理场对另一物理场单向的影响。方式最简单,精度最差,最易实现。
        • 顺序耦合:在有限个迭代中,顺序地更新各物理场的量,并传递给其他物理场用以进一步更新。方式较复杂,精度中等,较易实现。
        • 直接耦合:直接将多物理场的方程联立,进行求解。方式最复杂,精度最高,最难实现。
    3. 网格划分 看笔记网格划分

    4. 求解 看笔记研究


    研究(study)

    通过 研究 设置求解方式和方法

    参考:
    理解“全耦合”与“分离”求解方法,及直接与迭代线性求解器之间的区别

    1. 研究 - 步骤 :稳态 / 暂态 / 频域 :设置求解中的有关参数

      • 因变量值 :查看、选择求解变量
      • 网格选择 :查看、选择网格设置
      • 研究设置 :设置求解时因变量的输入值(定值)。输入值可以是一系列值(以每个值为输入分别计算结果)
      • 研究拓展 :设置仿真中变化的输入量(变值,曲线或函数)。例如,时间、随时间变化的量等
      • 研究中有多种便捷的扫描方式,如参数化与辅助扫描
      • 研究较后的步骤可调用之前步骤的解;
        对于复杂、难以收敛的模型,可用稳态步骤的解作为瞬态计算的初始值
    2. 全耦合分离 (在 研究 - 求解器配置 - 稳态求解器 / 瞬态求解器 下找到)

      • 全耦合 :将多物理场的控制方程联立起来,组成一个大的方程组,然后进行求解
        其精度高,收敛性好,迭代次数较少,但是每次迭代都需要大量的计算
      • 分离 :将多物理场耦合分为多个分离步骤,每个步骤中联立所需公式求解一部分未知量,按顺序分步进行求解
        其精度较低,收敛性较差,迭代次数较多,但是每个步骤所需计算量很小
      • 一般,软件对于 3 维模型默认使用 分离 ,对于 2 维模型默认使用 全耦合
    3. 直接求解器迭代求解器 (在 全耦合 / 分离步骤 中的常规 - 线性求解器

      • 直接求解器 :最稳健、最通用,但计算成本大,且随问题规模增大迅速增大
      • 迭代求解器 :鲁棒性差,对于病态问题收敛性差,但是计算成本低,且随规模增大增长较缓
      • 两者都是求解线性方程的算法
      • 可在求解器中手动选择使用哪种求解器
      • 求解过程中对于不同类型的方程(组)使用相应的求解器,系统在求解器之间来回切换
    4. 求解器设置(常用的三处设置)

      • 相对容差:计算收敛的误差条件
      • 最大步长:规定步长的最大值;求解器自适应改变步长(但只保留指定步长处的结果)*
      • 误差估计:根据求解结果,估算误差,改变计算步长的方式。
      • 排除代数:在直接求解代数方程中,因其几乎无误差,可不进行误差估计,以减少计算量
    5. 因变量 缩放 设置

    6. 求解问题指导


    后处理

    通过 后处理研究进行显示、处理、对比、分析、评估、验证、再优化等

    参考:
    如何执行网格细化研究执行网格细化研究:如何找到最佳的网格划分,得到满意的解的精确度

    1. 解集的管理

      • 计算后,解集的源研究 -> 求解器配置 节点中
        • 通过 创建解副本 命令可以创建原始解集的副本,原始解集被(重新计算)覆盖后,该副本依然保留原始的解
        • 组合解:将选定的2个解集组合在一起,组合的方式有 求和,串联,移除解,等 ,产生新的解集
      • 解集的调用结果 -> 数据集 节点中
        • 数据集 调用研究计算后的解集,并且提供丰富的数据处理功能,但并不产生新解集
        • 绘图组、派生值、导出,等 均是调用数据集中的经过处理的数据结果
    2. 结果 : 显示解算结果,整理解集数据

      • 数据集 :调用解算的数据
        • 更多数据集:可以对所有解集数据进行一些操作
          • 合并: 对将两个数据集进行差集、总和、商、积和自定义(常规)的操作,其结果为新的数据集
          • 特定点、层、边界、网格单元上的数据集合
        • 生成副本/复制:复制一个相同的数据集,具有和源数据集相同的解集调用
      • 视图 :设置结果视图
      • 派生值 :使用当前解,计算更多可以得到的量
      • 绘图组绘图 :在图中绘制出解。绘图组下可以包含多个绘图,各子绘图可以同时显示,独立或统一子图样式(继承样式),添加 标注
      • 动画:产生一系列 绘图 并播放
    3. 网格细化研究:寻找最佳网格,提高解的精度

      • 自适应网格 细化(研究 - 步骤 中的 自适应和误差估计
        软件将基于初始网格计算解,并估计误差较大的位置。然后,将在这些区域使用较细化单元对几何结构重新划分网格,并基于新的网格重新求解模型。

        • 设置:自适应网格细化的级别、细化网格上创建的单元数、估计误差的度量标准、网格自适应的方法
        • 稳态 研究中, 自适应网格细化的结果是生成一组不同的网格(可在 网格 中查看),以及一个 数据集,其中合并了所有不同级别的网格细化的结果
        • 瞬态 研究中, 自适应网格细化的结果是生成了对应于不同时间的多个网格(网格 中查看),以及一个 数据集,并将其结果存储在这个数据集中
      • 手动定义网格细化
        手动定义网格是在 网格 序列中完成的。您可以对网格进行更准确的控制,这需要较深的经验积累和模型理解,但能减少计算成本

        • 参考网格划分中的知识和技巧,手动设置网格
        • 利用 参数化扫描执行参数化扫描):
          1. 全局定义 - 参数 中创建一个参数用来定义网格尺寸,然后使用 研究 - 参数化扫描 ,研究,得到不同尺寸(一个尺寸范围)网格时的结果
          2. 结果 - 数据集 下添加 合并 ,将一个可靠解(通常认为最细化网格的解)和一个要比较的解分别作为要合并的 2 个 数据 ,然后选择合适的 组合方法 (一般使用 差集比较两者误差
          3. 最后选择 合并 的数据集,用适当的方式绘图
      • 使用 物理场控制网格 设置:使用软件默认的网格划分,方便快捷

        • 每个 物理场 的默认网格划分不同
        • 网格 下查看不同网格,还可以设置其单元
        • 研究 - 步骤 中可选择不同的网格进行研究,不同 研究 得出的结果在不同的 数据集
      • 增加单元阶次:网格划分 条目5


    AC / DC 模块

    参考:
    官方培训视频:低频电磁场部分及讲义
    AC / DC 模块 18 分钟入门
    官方 AC / DC 指导手册

    研究 :模块中的一般研究类型

    • 稳态(静态、直流) :场不随时间变化 —— tE=0\partial_t \bold E = 0tB=0\partial_t \bold B = 0
    • 频域(交流) :场随时间正弦变化 —— E=E0sin(ωt+ϕ)\bold E = E_0 \sin(\omega t + \phi)B=B0sin(ωt+ϕ)\bold B = B_0 \sin(\omega t + \phi)
    • 瞬态 : 场随时间任意变化 —— E(t)\bold E(t)B(t)\bold B(t)

    物理场接口(选择):
    在这里插入图片描述

    电路 :简化为电路模型分析时,在 电路 中添加电路模型

    • 电路图是通过添加各元器件(支路)并确定其相连 节点 而给定的

    • 节点连接 :与元器件直接相连的节点,确定器件所在支路(p 正, n 负)

    • 外部 I vs. U :在电路中(指定节点间)接入 外部设备 ,将其看做一个电压源[^等效],计算后,将得到流过该电压源的电流,提供给 外部设备(外物理场模型)

      • *外部设备 是一个多物理场耦合接口
    • 外部设备 :其他物理场中建立的元器件模型(如磁场中的 线圈

    • 外部设备 串入支路后,假设元器件两端恒压(容性器件),电路计算便可得到其两端的电压与电流,并提供电流给其他物理场使用,作为其他物理场中的电流源(电流激励)的值

       [^等效]:根据电路理论,一个端口的网络可以看做是一个电压源或电流源
      
    • 外部 U vs. I :在电路中接入 外部设备 ,将其看做一个电流源,计算后,将得到该电流源的电压,提供给 外部设备(外物理场模型)

      • 外部设备* 串入支路后,假设元器件两端恒流(感性器件),电路计算便可得到其两端的电压与电流,
        并提供电压给其他物理场使用,作为其他物理场中的电压源(电压激励)的值
    • 外部 I 终端 :在电路中(指定节点与地之间)接入一个外部(外物理场)终端设备(一端子已接地的器件)

      • 终端设备 是一个多物理场耦合接口
      • 设备的一端子已经接地,只需选择一个 节点 为其提供电压,终端设备被看做一个电压源
      • 终端设备 串入接地支路后,假设元器件两端恒压(容性器件),电路计算便可得到其两端的电压与电流:
        并提供电流给其他物理场使用,作为其他物理场中的电流源(电流激励)的值
      • 相当于 节点连接 中有一个节点为地时的 外部 I vs. U,但是区别在于
        在与 感应电磁波传播 等此类物理场耦合时,外部 I 终端 不适用,而 外部 I vs. U 可以,
        因为那时的电压必须定义为两点之间的线积分,而不是节点电势

      [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Z7aFkCOM-1622015891047)(D:\documents\COMSOLnotes\电路耦合接口.png)]

    磁场:计算线圈、导体和磁体内部及周围的磁场分布和感应电流分布
    快速认识磁场

    • 求解类型:稳态、瞬态、频域
    • 求解变量:磁势 A\boldsymbol AA=×B\boldsymbol A = \nabla \times \boldsymbol B
    • 边界条件:笔记部分的理解磁场边界条件
      • 磁场 接口的主要难点在于指定某一区域的外部电流密度。可以通过一些特定的域条件来实现。
      • 对称边界条件:磁屏蔽完美磁导体
      • 磁标势场度规修复:在数学上,使计算结果具有唯一性和稳定性,会添加一个额外的磁势 A0\boldsymbol A_0 (为任意常数KaTeX parse error: Undefined control sequence: \part at position 23: …mbol A_0=\frac{\̲p̲a̲r̲t̲{\psi}}{\part{t…
        • 面外矢量:当磁势 A\boldsymbol A 在模型的面外(垂直于面,如,研究通电导线截面的磁场,磁势 A\boldsymbol A 与电流密度 J\boldsymbol J 同向,所以 A\boldsymbol A 垂直于截面)。默认设置
        • 面内矢量:当磁势 A\boldsymbol A 在模型面内(如,通电导体片所在平面)。一般需要设置。
        • 三分量矢量:磁势 A\boldsymbol A 以x,y,z方向的三分量形式进行
        • 研究稳态或磁势 A\boldsymbol A 在面外情况,不需要设置度规修复;
          磁场 的频域或瞬态问题本身已包含度规修复(因不求解电势VV);
          磁场和电场 的稳态可加或不加,频域必须添加度规修复;
          常用于三维模型,提高收敛性
      • 矢量磁势度规修复:在磁矢势求解中,增加稳定性与唯一性
        • 选择求解矢量磁势的区域
        • 当求解磁矢势(安培定律)区域的边界已有其他边界条件,无法直接添加 磁绝缘 条件时
          开启 模型开发器 - 显示 - 高级物理场接口选项,在 高级设置中勾选 确保值受约束,即确保磁绝缘约束
    • 线圈 : 定义线圈,作为施加磁场的源
      注:“线圈”的意义在于不仅计算其电流、电压,还能够计算电感与电容;分析导体中的感应涡流分布;其几何形状不仅限于“圈”,任何导体都能称为线圈,线圈即导体;
      • 均匀多匝 :忽略趋肤效应,导体横截面上电流密度均匀分布
        • 均匀多匝线圈是“多束导线绞合而成的线圈”(线圈组 复选框表示是否存在均匀多匝线圈组的组合)
        • 使用域来代替具体的线圈绕组:
          • 通过 线圈类型 描述其线圈的几何特征,只需建立线圈整体的模型而不用每根导线都画出来
          • 匝数越多,导线越细(密),结果越精确
          • 线圈域表示线圈导线和线圈之间的填充(如,空气、铁芯、绝缘层)
        • 区域属性:
          • 区域材料属性用于指定电位移磁通密度相关的本构关系,包括线圈和线圈之间填充
          • 线圈导线电导率在 均匀多匝 - 线圈导线电导率 中设置;线圈之间的填充材料电导率为零
          • 线圈导线截面积在 均匀多匝 - 线圈导线截面积 中设置
        • 线圈类型
          • 线性 :平行直导线束,两端面与外部边界接触(电流方向为直线)
          • 圆形 :圆形缠绕的导线束(电流方向为环状)
          • 数值 :任意几何形状的线圈(需要添加 线圈几何分析
          • 用户定义:任意几何形状的线圈(电流)(需要添加 线圈几何分析
        • 必须在研究 中添加 线圈几何分析 为第一步骤:
          可以使用与要求参数性质相同的简单(容易计算)参数进行分析,得到电流方向变量;
          在另一个 研究 - 步骤 - 因变量值 中,在 不求解的变量值 中调用其解(电流方向),使模型计算更快速
        • 匝数 :输入线圈的匝数
        • 线圈电流 :每匝线圈(每束导线)的电流 (线×=线圈电流 \times 匝数 = 导体横截面流过的电流 )
        • 线圈导体界面积 :指每根导线的截面积
      • 单线圈 :考虑趋肤效应,可计算电流密度分布情况(注意在导体内建立恰当的边界层网格)
        • 线圈组 :当有多个单线圈模型时,不勾选,即各单线圈独立;勾选,即各单线圈串联
          • 几个单独的线圈可以通过 几何分析 - 连接的边界 设置相连,形成线圈组
        • 线圈电流 :指流过各单线圈的总电流之和或串联线圈组的电流
        • 可以使用 集总端口 设置导体线圈:
          • 集总端口 是连接两部分电路的端口,而线圈是一段导体,故可将线圈导体与外边界(导体边界)相连的一小部分区域设置为 集总端口
          • 利用 集总端口,可以定义线圈导体受到的激励,计算端口一侧(导体区域)的电气量
        • 三维的单匝线圈模型,必须在研究 中添加 线圈几何分析 为第一步骤。
          使模型计算更快速的方法:
          1. 使用与要求参数性质相同的简单(容易计算)参数进行分析,得到电流方向变量;

          2. 然后,在另一个 研究 - 步骤 - 因变量值 中,在 不求解的变量值 中调用其解(电流方向),使模型计算更快速

      • 线圈激励设置
        • 闭合线圈模型
          • 线圈几何几何分析 下的 输入 添加激励,选取导体内边界或截面,指定电流方向
          • 有时需要几何构造出导体内边界,应选取几何中线(平均值)
        • 断开线圈模型
          • 线圈几何几何分析 下的 输入 输出 分别选择导体几何端面
          • 线圈模型两末端面均在求解域边界,其截面自动变成磁绝缘边界,形成完整回路
            (磁绝缘边界:无磁损耗或理想导体边界),此时看作闭合模型
        • 部分线圈模型(对称模型)
          • 需在对称切面上指定合理的边界条件(完美磁导体或磁绝缘)
        • 线圈几何几何分析 中指定线圈长度和面积倍增因子
          • 线圈长度倍增因子 :对称后线圈长度变化倍数(导线长度)
          • 线圈面积倍增因子 :对称后线圈面积变化倍数(线圈截面积)
          • 磁场 - 分量 :设置磁势 A\boldsymbol A 的方向,确定求解的分量
          • 磁势 A\boldsymbol A 与电流密度 J\boldsymbol J 同向,与磁场强度 H\boldsymbol H 和磁通密度 B\boldsymbol B 垂直
    • 案例
      • 外部电流密度产生磁场:12437
      • 亥姆霍兹线圈原理:15
      • 单线圈电磁感应:148
      • 边电流的使用:1264
      • 精确计算涡流,边界层网格:12831;阻抗边界条件:12835
      • inductor_in_circuit(案例库 - 电感元件和线圈)
      • 线圈之间的互感和感应电流:12687(案例库 - 电感元件和线圈 - mutual_inductance_multiturn)
      • 电感器(螺旋绕组)的二维轴对称模型:46611
      • 多匝线圈在不对称的开口铝板上的感应电流:13777
      • “断开”模型,集总端口计算线圈:10299
      • 电路+磁场,铁芯单相变压器:5700 (研究2中应使用研究1的线圈几何分析结果,方可成功计算)
      • 电路中电容器的瞬态建模:capacitor_transient
      • 电磁开关:power_switch(案例库 - 电动机和执行器)
      • 磁悬浮装置:electrodynamic_levitation_device(案例库 - 验证示例)

    AC\DC线圈建模思路

    1. 先建立单一物理场的简单模型:线圈或导体可用 边电流 初步设置(不关心线圈或导体时)
      • 磁场建模原则:电流闭环;导体本身闭环,或通过边界条件闭环
      • 磁场建模需要空气域,以计算空间与边界的磁场
    2. 观察结果和变化趋势,反复修改、完善模型
    3. 尝试多物理场耦合模型

    结构力学模块

    参考官方培训视频:结构力学部分

    力学体系

    1. 与体系对应的相应接口

      • 理论力学(刚体):研究物体受力运动,不分析物体内部情况(初、高中力学理论模型)
      • 材料力学(杆件):梁、桁架分析
      • 结构力学(杆系):梁、桁架分析
      • 弹性力学(块体):研究物体弹性形变、行为和应力分布等
      • 板壳理论(板壳):板、壳、膜分析
      • 弹塑性力学(非线性结构材料模块):受力会发生弹性形变,且可能产生永久变形,甚至断裂
      • 疲劳力学(疲劳模块)
    2. 理论公式

      • 平衡微分方程
        在这里插入图片描述

      • 虎克(Hooke)定律
        在这里插入图片描述
        学胡克定律.png" alt=“结构力学胡克定律” style=“zoom:80%;” />

        • 应力 SS 是未知量;其他都是已知量(需要设置的量)
      • 应变与位移关系

        在这里插入图片描述

    模型建立

    • 通过添加各种边界(还有域)条件,指定约束、位移或负载,计算结果
    • 对于几何非线性(大变形或有限旋转),在计算时需要在 研究 - 步骤 中勾选 包含几何非线性 复选框,否则是结果错误
      • 几何非线性:大的位移(相对与小位移)或大的旋转(相对于小旋转)
        • 小应变塑性
          • 初始设置
          • 求解步骤中 包含几何非线性 可以选择性勾选
        • 大应变塑性
          • 一般需要应变 ϵeff>610%\epsilon_{eff} > 6-10\%
          • 求解步骤中勾选 包含几何非线性
      • 不勾选:使用适用于小位移或小旋转的经过简化的公式
        勾选:使用标准的计算公式

    金属材料的力学模型

    1. 金属材料是典型的弹塑性材料(线弹性+塑性):

      • 参考结构力学模块线上培训第三部分(案例13,空降35:56)
      • 弹塑性曲线
        在这里插入图片描述
        • 应力-应变曲线:加载应力到达初始屈服应力之前,金属表现为弹性;之后,表现为弹塑性;卸载应力后,金属变形不能完全还原;一般由测量得出
        • 初始屈服应力:金属出现塑性的瞬间,所受到的应力(上图中,屈服极限处的值)
      • 硬化:金属进入到塑性阶段,随应变增加表现出更强抗变形能力的现象;
        图中弹塑性部分的曲线(上图中,红色字标识)显示,随应变增大,所需的应力也增大
        • 总有效应变:来自于非线性形变(塑性分量)与线性形变(线弹性分量)2个部分的贡献
          ϵeff=ϵpe+σeffE \epsilon_{eff}=\epsilon_{pe}+\frac{\sigma_{eff}}{E}
          • ϵpe\epsilon_{pe}:有效塑性应变,即塑性部分产生的应变
          • σeff\sigma_{eff}:有效应力;EE:杨氏模量;即弹性部分产生的应变
        • 硬化函数(应力):描述塑性部分(不包括线弹性部分)的应力-应变曲线的函数
          σhard=σexp(εeff)σys=σexp(εpe+σeffE)σys \sigma_{h a r d}=\sigma_{\exp }\left(\varepsilon_{e f f}\right)-\sigma_{y s}=\sigma_{\exp }\left(\varepsilon_{p e}+\frac{\sigma_{e f f}}{E}\right)-\sigma_{y s}
          • σexp\sigma_{\exp}:试验测得的应力-应变曲线的拟合函数(弹性+塑性的应力,整体的应力)
          • σys\sigma_{y s}:屈服应力(弹性部分的应力)
    2. 模型设置

      • 定义函数:
        • 描述金属材料应力应变曲线的函数:
          • 应力应变曲线的 插值函数:对试验得到的数据进行插值,产生函数sigma_exp()
          • 应力应变曲线的 解析函数:使用形如 σ=AϵB\sigma = A \epsilon ^B 的函数去拟合应力应变曲线
            1. σ\sigma是应力(Pa),ϵ\epsilon是应变(1),通过拟合方法确定最佳的参数AABB
            2. 使用 解析函数 产生函数 sigma_exp(),表达式为A*x^Bx是软件默认的自变量符号)
          • 注意事项(亲测后的个人理解):
            • 硬化函数的表达式由应力应变曲线和初始屈服强度组成,用来描述塑性部分的变形
            • 软件先计算线弹性的应力应变,当应力到达屈服应力时才开始调用硬化函数
            • 设材料受到屈服应力σys\sigma_{ys}时的应变为ϵys\epsilon_{ys},则一般来说,函数自变量区间为[ϵys,1][\epsilon_{ys},1]
              • 硬化函数自变量范围可以更宽,但计算中实际有效的部分在ϵϵys\epsilon \geq \epsilon_{ys} 的区间
              • 硬化函数在ϵϵys\epsilon \geq \epsilon_{ys}区间内的值不能低于σys\sigma_{ys},否则将出现“负应力”错误
        • 硬化函数:令变量 = 硬化函数表达式,sigma_hard = sigma_exp(solid.epe+solid.mises/solid.E)-solid.sigmags,调用变量即可(当然也可直接使用表达式)
        • 内置波形函数:如三角波(锯齿波)、正弦波等作为载荷施加的控制函数
      • 线弹性材料 下添加 塑性 节点
        • 塑性模型
          • 小应变塑性
            • 初始设置
            • 求解步骤中 包含几何非线性 可以选择性勾选
          • 大应变塑性
            • 一般需要应变 ϵeff>610%\epsilon_{eff} > 6-10\%
            • 求解步骤中勾选 包含几何非线性
        • 屈服函数 F
          • von Mises 应力:指定初始屈服应力(常用)
          • Tresca 应力:指定初始屈服应力
          • Hill 正交塑性:指定初始拉伸和剪切应力屈服应力或 Hill 系数
          • 用户定义
            • 指定屈服函数
            • 指定塑性势
        • 各项同性硬化模型:指定屈服应力随塑性应变的变化曲线
          • 理想塑性:一旦超出初始屈服应力,屈服应力保持不变,为常数(初始屈服应力的值);
            整个区域瞬间变为只有塑性,没有硬化现象
          • 各项同性硬化:各方向属性相同
          • 用户定义:指定硬化函数(常用)
        • 详见用户手册:Nonlinear Structural Materials Module User’s Guide

    注意
    在结构力学中进行接触建模时,常会出现计算不收敛的问题非线性求解器不收敛。时间:0.0007741125达到最大迭代数。最后一个时间步不收敛。的类似错误。

    这种情况一般是求解器设置的问题,解决方法:

    • 研究 - 步骤1:瞬态 - 求解器配置 - 解 - 瞬态求解器 设置中找到 步进时间 一栏
      • 方法:改为 后向差分公式
      • 求解器采用的步长:选择 精确
    • 解 - 因变量 中对因变量做适当的 缩放 (其作用类似与归一化,使求解变量的数值差较小,易于迭代求解)
      • 应力的单位为[Pa],而常见的应力数值很大,往往使用[GPa][MPa]作单位。所以要将其数值缩小,或将其他变量的值相应放大
      • 接触压力(Pa)与位移(cm/m)的数量级往往差 10 个单位
      • 以下几种情况,调节缩放因子很重要:
        • 部件初始时没有接触(接触碰撞模型中)
        • 位移和几何尺寸相当或更大
        • 模型包含摩擦
      • 缩放栏中的值应为该变量出现的最大值(预估)

    结构接触(structural contact)

    参考:COMSOL结构接触模拟讲解

    1. 边界对的创建与设置界面:

      • 创建对
        • 几何 - 形成装配体 - 创建对:默认勾选
        • 定义 - 对:手动定义
      • 对设置:物理场 - 对 节点
    2. 对类型:

      • 接触对:两表面之间可以远离、贴紧,但不能穿透,每个表面包含区域相对独立
      • 一致对:两表面之间贴紧,经过表面的场或量具有连续性
    3. 目标 的选取原则:

      • 一般选择刚度(硬度)大,曲率大的物体(刚体的硬度无穷大、直线的曲率为零)
      • 目标 一般选择刚度小,曲率小的物体
      • 选择优先级:刚度 > 曲率
      • 目标边界需要更密的网格,建议:目标的网格单元大小为源的一半(目标比源网格加密一倍)
    4. 接触 中的 方法 选择:

      • 接触方法 用来计算接触面的作用力
      • 罚函数(penalty function)(补偿函数)
        • 通过在接触面间设置一个**“弹簧”,来模拟接触效果:
          接触刚度 * 接触位移 = 法向接触力
          是通过 接触刚度 在 接触力 与接触面间的 穿透值(接触位移) 间建立
          力与位移的线性关系**
        • 接触面会出现重叠,即两物体会在接触面相互穿透(虚假接触)
        • 虚假接触,解算精度较低
        • 在原来的计算中加入一个线性方程,无需特定求解器,计算较易
        • 收敛较快,较稳定(在含塑性的接触模型中优先使用)
        • 推荐在多物理场耦合接触中使用,除非,有很强的接触压力敏感度
        • 若使用 粘附 / 剥离 ,必须使用 罚函数法
      • 增广拉格朗日法(extended Lagrangian)
        • 拉格朗日法(Lagrangian) 的基础上结合了 ,结合给定的 罚因子 进行求解:
          单纯的 拉格朗日法 可直接实现 无穿透 的真实接触,但是难以求解,且不适用于一些情况;
          为了改善,结合 ,人为给定 最大允许拉力最大允许穿透值 ,迭代求解
        • 真实接触,解算精度较高
        • 增加了一个独立自由度,需要专门的分离式求解器计算
        • 计算速度较慢,稳定性较弱
        • 收敛性对 罚因子 敏感,需要合适对于 罚因子 的选取(详见下方“建议”)
    5. 接触设定:定义 中定义接触对,然后在 物理场 - 接触 中使用并设置

      • 触发削减 :使用条件语句放弃一些无望的迭代
      • 偏移和调整 :在不改变几何的情况下创建接触面的间隙和重叠(实际情况中的变形和偏移)
    6. 摩擦 特征:在 物理场 - 接触 - 摩擦 中设置

      • 静库伦摩擦 :静摩擦
      • 指数型动态摩擦 :动摩擦
      • 经典案例:滑动楔子
      • 建议:先使用 无摩擦 观察收敛结果,若收敛性强,再改为 有摩擦
    7. 粘附 / 剥离 特征:在 物理场 - 接触 - 粘附 中 设置

      • 粘附 :在一些情况下,接触表面会产生粘连
        • 激活准则 : 选择激活粘附特征的判断依据(压力大小 / 间隙大小 / 自定义 / 始终激活)
      • 剥离:原本粘连的物体剥离,与粘附过程相反
        • 各种强度因子 :当达到这些强度因子的值时,判定为剥离(拉力足够大时,物体分离)
        • 描述沿预定路径(粘附面)剥离的过程
      • 经典案例:粘连区域剥离
    8. 存储能量变量 :可以储存接触过程中的各部分能量,包括 滚动摩擦消耗的能量刚体中的能量物理场 - 接触 - 高级 下)

      • 案例:瞬态滚动接触
    9. 求解器设置:在 研究 - 求解器配置

      • 增广拉格朗日法 中,使用 分离式求解器,位移在接触压力之外单独求解(解 - 稳态求解器 - 分离
      • 缩放比例 :进行变量缩放,有利于计算速度和结果收敛——如果有合适的值应该替换掉默认设定(各因变量中)
    10. 建议

      • 接触面先使用 无摩擦 观察收敛结果,再决定是否使用 有摩擦
      • 力控制问题比位移控制问题难收敛 —— 使用连续参数逐步加载力和位移(给定的力和位移逐步加到预期值)
      • 充分约束结构,不充分的约束(一些部分在空间中是自由的)会造成难收敛
        • 使用位移控制
        • 增加“弹簧”(指定位移?),然后随着参数加载逐渐移除
      • 对于大型3D模型,接触压力与位移的求解,优先选择 线性函数 或 更小内存的解法
      • 收敛问题:检查罚数参数
        • 收敛慢:加大罚因子
        • 开始几步就迭代失败:降低罚因子
      • 部件一开始未接触时的初始接触压力设置:尽量与接触时是同一数量级,利于收敛
        • 太低:第一步就会出现部件相互穿透
        • 太高:结构一直不能接触
      • 罚的方法,加设“弹簧”(边界载荷),完成虚拟接触,是很重要的方法!
        为实现逐渐加载,可以定义加载函数,函数参数在 辅助扫描研究 )中定义为步进的序列
    11. 相关问题:

      • 已知对接触对区别
        • 接触对 适用于装配体接触表面有不连续的场(如压力场)
        • 一致对 适用于装配体表面要求存在连续的场
      • 流体参与的接触
        • 不能直接使用流固耦合,应按照 的方式(思想),假设边界载荷(“弹簧”)来模拟真实接触
        • 用虚拟的接触,避免流场拓扑变化导致的网络割裂
      • 磁场+结构力学的装配体模型
        • 一致对(装配之间的边界)两侧的域必须设为 磁标势 条件(磁通量守恒)
          • 磁标势区域的外表面必须是单连通区域(不能有孔);需要添加 零标量磁势 参考点
        • 一致对(装配之间的边界)上设置 连续性,以保证磁势与磁场连续;
          开启 模型开发器 - 显示 中的 高级物理场接口选项,在 连续性 - 约束设置 中勾选 使用弱约束,以保证(磁)通量连续
        • 一致对目标 的网格剖分:
          • 目标 应设置比周围更密的网格(装配边界两侧的网格加密
          • 目标 的网格更密

    优化(optimization)

    参考:优化电磁线圈电流的3种方法,是COMSOL官方微信推送的一期技术文章,来源于 COMSOL 博客,作者 Walter Frei,于是看了他的博文,是比较核心优质的文章

    1. 特定场值进行优化

      1. 数学语言描述
        • 明确问题,确定参数及范围,参数归一化
        • 约束条件
        • 写出总体目标函数目标函数
      2. 添加 优化 接口
        • 全局控制变量 :待优化参数的名称、初始值、上下限
        • 积分目标(integral objective) : 设置 积分区域或边界 ,输入被积的 目标函数 ,和其他一些积分设置
      3. 研究 - 优化
        • 优化求解器 :对于此类可以得到目标函数关于控制变量的 解析梯度 的算法模型,采用 SPNOPT 方法求解最为快速

        • 优化容差(optimization tolerance) :设置解的最大误差界限,即误差允许范围

        • 最大模型计算数(maximum number of objective evaluations) :求解器计算次数,即迭代次数

    2. 通过场约束进行功率优化

      1. 数学语言描述(数学建模)

        • 明确问题
        • 量化:确定参数及范围
        • 确定约束条件:参数约束条件(参数范围)与主要约束条件
        • 目标函数:优化的目标
      2. 添加 优化 接口

        • 全局控制变量 :待优化参数的名称、初始值、上下限
        • 全局目标 :输入 目标函数
        • 点总和不等约束
          • 选择点 :选定一个固定点;多个约束点要分别在多个 点总和不等约束 中设置
          • 约束 :输入该点处被约束量的参数(表达式),用于积分各点在该点处产生的约束量
          • 界限 :在 界限 中输入上下界(这里的约束是 不等 式)
      3. 研究 - 优化

        • 优化求解器 :对于此类可以得到目标函数关于控制变量的 解析梯度 的算法模型,采用 SPNOPT 方法求解最为快速

        • 优化容差(optimization tolerance) :设置解的最大误差界限,即误差允许范围

        • 最大模型计算数(maximum number of objective evaluations) :求解器计算次数,即迭代次数

    3. 通过场约束进行梯度优化(最小化)

      1. 数学语言描述(数学建模)
        • 明确问题
        • 量化:确定参数及范围
        • 确定约束条件:参数约束条件(参数范围)与主要约束条件
        • 目标函数:优化的目标
      2. 添加 优化 接口
        • 全局控制变量 :待优化参数的名称、初始值、上下限
        • 约束的设置:对于 等式约束 ,也可采取 上下界相等的不等约束 ,结果相同
        • 点总和不等约束
          • 选择点 :选定一个固定点;多个约束点要分别在多个 点总和不等约束 中设置
          • 约束 :输入该点处被约束量的参数(表达式),用于积分各点在该点处产生的约束量
          • 界限 :在 界限 中输入上下界(这里的约束是 不等 式)
        • 积分目标(integral objective) : 设置 积分区域或边界 ,输入被积的 目标函数 ,和其他一些积分设置
      3. 研究 - 优化
        • 优化求解器 :对于此类可以得到目标函数关于控制变量的 解析梯度 的算法模型,采用 SPNOPT 方法求解最为快速
        • 优化容差(optimization tolerance) :设置解的最大误差界限,即误差允许范围
        • 最大模型计算数(maximum number of objective evaluations) :求解器计算次数,即迭代次数

    遇到的问题

    官网有教学视频、案例库、讲座、博客等学习资源。在大概看过一遍教学视频后,下载案例库中与专业相关的模型进行学习并再现。还是会存在许多问题,在这里记录下来,解决后将解决方法更新在问题后面。


    对称模型

    1. 怎样在模型中添加对称?
    • 旋转轴对称:在实体建模(组件)类型中选择 二维轴对称一维轴对称 模型

    • 一般对称(非旋转轴对称)

      • 没有对称轴(或对称平面)的指定,而是直接建立对称部分的模型(如,1/4模型)
      • 在对称轴(面)设置边界条件,描述场在对称轴(面)处的行为
        • 在均匀多匝线圈的对称模型中,除设置边界条件外,还需要在 对称明细 中规定对称特征
      • 结果 - 数据集 - 研究/解更多数据集 创建 (一、二、三维)镜像 数据集,实现完整模型数据
        • 镜像设置 中的高级:可以手动调整矢量的变换
        • 镜像设置 中的高级 - 矢量变换:调整对称矢量的方向为 对称反对称(对称后再相反)

    广义投影(General Projection)

    1. 广义投影的意义与用法?
    • 个人理解
      从 源映射 与 目标映射 的维数看,目标映射总比源映射少一维,这说明是将 体投影到面面投影到线
      所以,源映射应该是定义被投影对象或域,目标映射是定义投影(成像)的面或线;
      也可以说,源映射是定义被投影的点,目标映射是定义该点投到的‘位置’(少了一维后的位置)。

    用户未定义(内置)的变量

    在固体力学的模型中(冲压成形),材料属性里面使用了一个solid.epe的变量,让人摸不着头脑,不知从何而来。

    1. solid.epe是什么变量?
    • 是结构力学的一个内置变量,表示固体力学中材料受到的有效塑性应变
    1. 如何查看和应用此类变量?
    • 找到啦!在如何实现用户自定义的多物理场耦合知识库 条目1259)中提到:

      为了手动实现相同的耦合,您需要了解想要实现的完整方程,以及变量在 COMSOL Multiphysics® 架构中的实现方式。首先,我们展开想要实现的完整方程;其次,我们需要知道 COMSOL Multiphysics® 架构内部调用的所有这些变量的名称。

      并给出两种方法查看:

      • 模型开发器窗口的显示菜单下启用方程视图切换开关。随后,每个物理场特征下都会显示方程视图子部分,其中包含一个所有内部定义变量的列表。
      • 转到结果 > 报告以生成完整报告,您可以右键单击“报告”来查看报告生成选项。 设置报告样式后,即可在生成的报告中查看模型中场的变量和方程。

      看来第一个比较方便简单。

    接触压力方法

    在冲压成形中,板与冲头、压模、固定块接触,在 固体力学 - 接触 中确定其接触关系,并设置 接触压力方法 为“罚”。

    1. 接触压力方法有哪几个?分别适用于什么模型中?

    在这里插入图片描述

    • 罚函数法
    • 增广拉格朗日法
    • 具体请参考[结构接触的笔记](###结构接触(structural contact))
    • 这个问题是我刚开始提出的,后来发现是学习不足(只看了基础视频就去做案例)导致的,应当先学习各物理场接口官方线上培训视频对各物理场接口分别做了详细的介绍和演示)

    线性静态问题

    参考求解静态有限元模型

    1. 什么是线性静态问题?
    • 线性:指模型控制方程为线性函数(一阶函数)
    1. 求解方法
    • Newton-Raphson 法:牛顿-拉夫逊法

    参数化扫描与辅助扫描

    1. 什么是参数化扫描?辅助扫描?有什么区别?
    • 扫描:指对一系列数值进行相同操作或运算
      • 往往将一系列数值表示为一个函数或表达式,这样可以用一个变量表示有序数列。
        此时注意:变量需要提前声明、定义并赋初值;初值不会影响扫描,扫描时将会自动为其重新赋值
    • 参数化扫描 :对给定范围的一个或几个参数(变量)进行研究(模型解算),得出模型在不同参数下的解,一组参数对应一个解
    • 辅助扫描 :给定范围的一个或几个参数(变量)在仿真过程中的变化对模型的影响,得出具有变化量(如随时间变化的激励)的模型的解,只有一个解(随因变量变化的函数解)
    • 以上是我个人的理解

    判断模型的精度

    1. 如何判断模型的精度令人满意?或者说,如何达到足够的精度?

    病态问题

    1. 什么是病态问题?
    • 这是数值分析中的知识,我看的是清华大学出版的喻文健的《数值分析与算法》,结合 MATLAB,讲解原理与算法应用,语言通俗,直观形象

    病态问题: 指微小的输入变化会引起输出巨大变化的问题

    病态性又称敏感性:指输入数据的扰动对问题解的影响的大小。它是问题本身的属性,与算法无关
    为了分析它,引入条件数定义:cond=cond = ||\frac {解的相对变化量}{输入的相对变化量}||,可理解为输入数据误差的放大因子
    它反应了问题的解对输入数据变化的敏感程度。如果 cond>>1cond >> 1 ,则问题为变态的
    当问题不好判断敏感性时,可判断它的 反问题 (反函数):反问题的条件数是原问题条件数的倒数

    例如: 一根非常细长的梁的结构弯曲,或者材料电导率相差几个数量级的电流模型

    1. 怎么处理病态问题?

    有关趋肤效应的描述

    1. 何时考虑趋肤深度?
    • 常见材料 50 Hz 趋肤深度
      9 mm
      12 mm
      不锈钢 67 mm
      0.34 mm

      当导体半径大于趋肤深度时,考虑趋肤效应;
      当半径小于趋肤深度时,可看作电流密度均匀分布;
      当半径远大于趋肤深度时,可看作表面电流。
      趋肤效应表现为电流密度分布,必须通过计算得到。

    1. 如何设置?
    • 趋肤效应需要通过计算 电流密度分布 得到,设置方法有:

      • 指定导体某截面流过总电流:外部电流密度
      • 趋肤深度相对较小时,在横截面上的网格应使用 边界层 网格(网格尺寸应适应趋肤深度,避免误差较大)
      • 趋肤深度相对很小时,设置表面电流,或使用 阻抗边界条件 (电磁波被边界完全吸收)

    快速认识物理场的方法

    1. 如何较快认识一个物理场?
    • 在观看一些教学资源后,发现认识物理场应从如下几方面:

      • 物理场的应用
      • 物理场需要的材料属性参数
      • 物理场能够得到的解
      • 物理场的约束条件
    • 适用求解类型(稳态、瞬态、频域)

      总的来说就是,搞明白物理场的控制方程

      在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    理解磁场边界条件

    1. 如何理解 完美磁导体磁绝缘 边界条件?
    • n\boldsymbol n 是边界法向量,A\boldsymbol A 是磁势(磁矢势),H\boldsymbol H 是磁场

      • 完美磁导体:n×H=0\boldsymbol n \times \boldsymbol H = 0
        磁场没有垂直于边界法向的分量,磁场线全部通过边界,与边界垂直
        磁势与边界平行,边界为等(磁)势面(线)
      • 磁绝缘:n×A=0\boldsymbol n \times \boldsymbol A = 0
        磁势与边界法向方向相同,磁场与边界平行,没有法向分量,磁场线一点也不能穿过边界
    1. 如何理解边界条件?
    • 理解边界条件的意义,从以下入手:

      • 变量的意义,之间的转化关系
      • 物理场控制方程的形式与意义
      • 边界条件的物理意义

      通过基础知识的学习、查阅官方的帮助文档或课程就能有所理解,也可以随时通过 方程视图 查看内置方程
      多实践,多与人交流,理解会更深刻
      在这里插入图片描述

    设置无限元域

    1. 如何设置无限元域?

    创建动画

    1. 如何创建动画?
    • 在comsol中创建并导出动画
    • 在频域解中,绘图 产生相位 ϕ=0\phi=0 时的图像;
      动画 - 动画编辑 - 排序类型 中选择 动态数据拓展,可以显示出一个周期的变化过程

    绘制计算过程中的结果

    1. 在扫描或瞬态求解过程中,想要在视图中看到计算过程中的结果
    • 研究 中启用:
      1. 研究 - 获取初始值:求解初始值的结果,软件会在 结果 中创建相应的绘图,用户也可以利用初始结果创建想要的绘图
      2. 研究 - 步骤 - 求解过程中的结果:勾选 绘制,并选择绘图
    • 利用 定义 - 探针 功能,记录下计算过程中的指定量的数据

    区域重合

    1. 建模中存在两区域重合的情况(如,在空气域中画个矩形对象,两区域就会重合),会有什么影响?
    • 区域重合不就是“穿模”嘛。会导致计算错误。
      但是,软件默认当离开 组件 (退出实体建模)时对模型进行 形成联合体 操作,
      这使各整个模型的对象会以相邻边界为边界,分成不重叠的部分;
      如,在大圆中画个小圆,形成联合体后,只有大圆环和小圆两个区域,而不是两个重叠的圆。

    边界元算法

    1. 什么是边界元算法?
    • 只需对求解域边界进行网格剖分,就可对求解域进行计算的方法:
      对边界进行求解,通过格林公式将结果变换到空间中,从而算出空间中的解
    • 当不宜采用有限元法或剖分难以进行时,可使用边界元法
    1. 边界元方法的特点
    • 边界元法对求解域表面进行剖分,可求解出(无限大)空间中的量。(故,不必画出待求空间,不必设置无限元域)
    • 使用边界元法时,边界上的电势分布必须显式定义(因此域内的材料数据保持恒定)
    • 虽不需画出所求解的空间,但必须指定材料属性
    1. 电容传感器建模中,分别使用边界元(BEM)和有限元(FEM)的案例
    • http://cn.comsol.com/model/modeling-a-capacitive-position-sensor-using-bem-47571
    • http://cn.comsol.com/model/modeling-a-capacitive-position-sensor-using-fem-47541

    选择-显式

    1. 选择 - 显式 的用法?
    • 为方便选择某对象(或域、边界、点)的相关区域,可在 定义 中找到 选择 方法中的 显式
    • 可以方便的创建一个特定的“选择组”,便于之后在选择栏中使用
    • 可以指定选择区域的颜色
    1. 如何使用显式 选择模型的最外侧边界?
    • 显式 设置中, 选中 所有域 复选框,然后从 输出实体列表 中选择相邻边界
    • 不可只选择最外部实体(最外侧实体可能包含内部实体,存在空间重叠或内边界)创建相邻边界选择组
      此外,应该知道,跳出 组件 界面后(默认结束实体建模),会自动 形成联合体 使对象之间不能重叠,也会产生内部边界

    处理多种情况的研究

    1. 可否在同一模型中,改变某(几)个参数或条件进行不同的研究?
    • 可以在同一的模型中,改变模型,进行不同参数或条件下的研究
    • 可以创建多种类型的研究,如研究1为瞬态磁场,研究2为稳态电流,研究3为瞬态结构力学…
    • 改变参数变量:已定义的参数变量通过 参数化扫描辅助扫描 实现不同取值时研究参数值在计算过程中发生改变的研究
    1. 如何处理各个研究的计算与结果?
    • 博客:如何管理多个解
    • 一个研究中做不同修改,分别进行计算
      • 使用 参数化扫描辅助扫描 功能后,结果会自动按照参数组合调用解集
      • 改变模型设置,每次都在同一研究中进行新的计算
        • 每次计算后,新的解集将覆盖上次的计算结果
        • 每次计算后,在 研究 -> 求解器配置 节点进行 创建解副本 操作,保存本次的解集
    • 多个研究,每个研究的结果都会被独立记录
      • 改变模型设置,每次在新的研究中计算
      • 研究 步骤因变量值网格选择 分别指定该研究计算时使用的各设置
      • 研究 步骤物理场和变量 栏中规定研究计算遵循的物理场条件
        • 若不勾选 修改研究步骤的模型配置,则默认根据当前模型开发器设置进行计算
        • 若勾选,则可以对模型配置树的单个环节进行设置(如,禁用),该研究将按照该模型树进行计算,无需在模型开发器中更改设置

    求解域设置

    1. 如何设置合适的求解域?
    • 物理场中可以设置该物理场应用的区域,对于不需要计算的区域应从求解域中去除,以减少网络数量、降低计算成本。(例如,在 电流 场计算导体电流、电势分布时,可将接地极部分从求解域中去除,只需要其提供零电势条件)
    • 需要理解物理场求解理论,清楚模型各部分的意义

    线圈几何分析

    1. 线圈几何分析 的作用?
    • 线圈几何分析 是在线圈建模计算时可能会用到的计算步骤,往往为研究的第一步
      • 可以使用与要求参数性质相同的简单(容易计算)参数进行分析,得到电流方向变量;
        然后,在另一个 研究 - 步骤 - 因变量值 中,在 不求解的变量值 中调用其解(电流方向),使模型计算更快速
    • 该步骤可以根据线圈模型的设置计算出线圈导线的几何尺寸(长度、横截面),从而确定线圈的电阻,进而确定电流方向(线圈几何各处的电流方向)
    1. 什么情况下要进行 线圈几何分析
    • 单线圈模型:此类线圈模型是几何建模完成,所以需要分析其几何尺寸,计算电流方向
    • 线圈类型数值用户定义 的均匀多匝线圈:此类线圈几何实体形状复杂,需要分析几何尺寸,计算电流方向

    模型结果中的截线设置

    三维截线二维截线结果 - 数据集 中的功能,用来获取某数据集在截线上的部分。

    1. 如何设置截线?
    • 截线是(一条或多条)线段,通过方向端点(直线截点)确定

      1. 确定线的方向,在线定义方法 下拉选项中:两点点和方向
      2. 确定线段端点(直线截点)
        • 默认:方向直线被模型最外部边界所截(数据集当然不能超出模型范围),截点为端点

        • 通过点界定:方向直线被设置的点截断,设置的点为端点

        • 捕捉到最近边界

          1. 设置的点会自动移至最近的边界,成为端点
          2. 从端点出发,直线会被第一个遇到的边界截断,形成线段
          • :若方向直线不能被(非最外部)边界所截(如,方向直线不在内部模型的平面内,且在整个模型空间中都不会与内部模型边界相交),则无法形成截线
        • 三种方式可同时存在;且默认规则始终存在

    MEMS模块

    1. MEMS模块是什么?
    • 从简称来看是“微电机系统”
      • Micro:微型的
      • Electro:电子的
      • Mechanical:机械的(力学的)
      • Systems:系统
    • 从研究来看,针对微尺度的各种物理作用问题,大多数是多物理场问题
      • 单物理场:结构力学、压电效应、集成SPICE、层流、两(多)相流、热效应…
      • 多物理场:电 - 结构、热 - 结构、电 - 热 - 结构、流体 - 固体、电动效应、流体 - 化学…

    事件接口

    求解包含时变脉冲载荷的模型(知识库1245)中说明使用 事件 接口设置脉冲载荷,以使求解器准确捕获脉冲时间

    1. 我对事件 接口的理解
    • 离散状态 + 显示事件
      定义一个(或多个)离散变量,多作为状态变量使用(如,开关状态0 1);
      显示事件 中设置触发时间,当事件触发时,将改变状态变量的值

    • 指示器状态 + 隐式事件
      定义一个(或多个)表达式的变量(如,a = x-y),表示某个量的指示器;
      隐式事件 中设置触发条件(罗辑运算),当为 true 时事件触发,将改变状态变量的值

    • 隐式操作
      显式操作
      声明并定义
      定时触发
      某个变量
      判断触发
      隐式事件
      指示器变量
      离散状态变量
      显式事件

    初始值不一致的瞬态模型

    1. 在瞬态模型求解的时候遇到“找不到一致的初始值。最后一个时间步长不收敛。”的问题

    非线性求解器不收敛

    1. 计算中出现非线性求解器不收敛。最后一个时间步不收敛的问题。
    • 一般情况下:
      • 研究 -> 求解器配置 -> 解 -> 瞬态求解器 -> 全耦合 - 方法和终止非线性方法 栏选择 自动
    • 若仍存在该问题,应根据模型方程和求解变量对求解器进行适当修改

    同一选择中存在多个动坐标系明细

    在同时设置了动网格和固体力学模块的模型中,可能会出现同已选择中存在多个动坐标系明细的错误。

    • 原因是设置了多个动坐标控制接口,导致冲突:
      • 通过 指定移动网格 等接口可以设置表达式指定网格中主动移动或变形的行为
        • 表达式可以来自自定义函数变量、其他物理场变量(如,位移场变量)、微分方程
      • 固体力学接口 会改变几何形状(固体对象区域),属于内置的主动变化
        • 指定移动网格 等接口功能会发生冲突,二者定义其一即可

    结构力学中:非线性求解器不收敛

    结构力学中进行接触建模时,常会出现计算不收敛的问题非线性求解器不收敛。时间:0.0007741125达到最大迭代数。最后一个时间步不收敛。的类似错误。

    出现这种情况,一般原因求解器设置的问题。

    常用方法:

    • 研究 - 步骤1:瞬态 - 求解器配置 - 解 - 瞬态求解器 设置中找到 步进时间 一栏
      • 方法:改为 后向差分公式
      • 求解器采用的步长:选择 精确
    • 解 - 因变量 中对因变量做适当的 缩放 (归一化,使求解变量的数值差较小,提高求解的稳定性)
      • 应力的单位为[Pa],而常见的应力数值很大,往往使用[GPa][MPa]作单位。所以要将其数值缩小,或将其他变量的值相应放大
      • 接触压力(Pa)与位移(cm/m)的数量级往往差 10 个单位
      • 以下几种情况,调节缩放因子很重要:
        • 部件初始时没有接触(接触碰撞模型中)
        • 位移和几何尺寸相当或更大
        • 模型包含摩擦
      • 缩放栏中的值应为该变量出现的最大值(预估)

    物理场中涉及变形网格时的求解器设置

    在官方案例 Electromagnetic Plunger (电磁活塞)中,利用 磁场全局常微分和微分代数方程动网格 仿真了电磁力驱动金属活塞运动的事例。其中,磁场提供电磁力,全局微分方程计算出活塞上的速度与位移,并将位移被指定在动网格区域,实现磁场驱动。

    该案例说明文档中指出:当物理场中涉及到动网格时,推荐采取一些手动设置

    • 瞬态求解器 - 设置时间步进 - 误差估计 选择 排除代数(Exclude algebraic)
    • 瞬态求解器 -> 全耦合 - 方法和终止
      • 雅克比矩阵更新(Jacobian update) 选为 在每次迭代中
      • 适当增加 最大迭代次数,减小 容差因子
      • 稳定性和加速性 中尝试使用 Anderson 加速
    • 瞬态求解器 -> 直接求解器 中 使用 PARDISO 一般更快些,使用 MUMPS 更稳定。

    重新划分网格的问题

    1. 出现“重新划分网格后依然满足重新划分网格条件”的错误。
    1. 出现“初始网格满足重新划分网格条件”的错误。
    • 不妨尝试:
      • 启用 一致初始化 功能
        • 初始步长:指定重新剖分时的初始步长,可不勾选
        • 一致化初始值:推荐使用 后向欧拉法
      • 降低重新划分网格的条件,降低阈值或使用 失真 条件
    1. 在材料变形产生网格变形而需要重新剖分的网格的模型计算中,计算过程很慢?
    • 若经过尝试仍无法改善收敛性,不妨耐心等待其计算到最后
      • 复杂情况时的收敛性差很正常,只能在小步长内收敛,所以计算缓慢,保证结果的精确性
        • 当复杂情况过去后,计算收敛性的可能会变好,“苦尽甘来”
    1. 出现“(固体力学中有关网格构型或变形应力)表达式计算结果为非数”或“不能求解”,或求解过程中收敛性很好却出现有关网格剖分的问题。
    • 不妨尝试:
      • 内部计算错误,一般是模型设置问题(优先)
        • 检查 动网格 相关设置
        • 找到错误提示中出错的物理场和域,检查该物理场中此域的设置条件(边界、约束条件)
      • 更改 动网格 -> 自由变形/变形域 - 平滑处理 - 网格平滑类型 (次优先)
        • 优先度:拉普拉斯 > Winslow > 超弹性 > Yeoh
      • 更改 瞬态求解器 -> 直接求解器 中 使用的方法
        • 优先度:PARDISO > MUMPS > SPOOLES
    1. 已经尝试完所有 网格平滑类型 方法,动网格重新划分过程始终出现各种问题
    • 不妨尝试:
      • 适当降低重新划分网格的条件(优先尝试,即使没有弹出“重新划分网格后满足重新划分条件”错误

    数据集中解的坐标系(解集的框架)

    在帮助中,解 - 坐标系 被称为解集的框架(frame),所有的结果将按照这个框架描述。
    即,将结果在选取的坐标系中描述,或者说,将解集中的每个解与选取坐标系中的点一一对应

    1. 坐标系的特点
    • 材料 坐标:又称 拉格朗日坐标,适用于描述材料实体上的结果。
      • 坐标系附着在材料上,定位材料实体上的点。(也就是说,模型中指定材料的区域)
      • 如果材料区域(实体)变形移动,坐标系会与其一致变化,材料上的某一点始终对应一个坐标。
    • 空间 坐标:又称 欧拉坐标,适用于描述空间中的运动。
      • 坐标系定位在空间中,描述空间中的点。(模型几何空间)
      • 如果材料区域(实体)变形移动,坐标系依然不变,而材料上某一点对应的坐标发生变化。
    • 网格 坐标:坐标附着在网格上,适用于描述结果随网格的分布
      • 自动使用当前结果对应的网格(求解时,求解器使用的网格)
    • 几何 坐标:坐标附着在几何上,适用于描述结果随几何的分布
      • 自动使用当前结果对应的几何(求解时,求解器使用的几何建模)
    1. 显示结果时,让人迷惑的一些情况
    • 在几何实体不会变形移动(相对静止)的模型中,四种坐标下展示的结果是一致的
    • 在几何实体会发生变形移动的模型中
      • 材料区域并不会随着变化,所以材料坐标系还是在最初的材料区域,结果也展示在该区域
      • 在空间坐标框架中会体现出几何实体的变形移动,结果也会显示出“动态”的效果
        (软件是以更新空间坐标关于材料坐标的映射关系来实现几何实体“变形移动”的,可参见变形网格原理部分(第11节)
      • 几何或网格坐标,都是将坐标系附着在求解时对应的几何或网格上。
        所以当改变几何参数或网格(如,使用 辅助扫描参数扫描 等功能在计算中改变几何参数,或使用 自动重新划分网格 功能在计算中重构网格)的情况下,其会满足我们想要展示的效果

    涉及固体力学和变形网格的模型结果显示设置

    1. 在使用了固体力学和变形网格的模型中,如何显示出网格随时间步的变化、非固体区域与固体区域中的连续场随变形的变化?

    主要受以下几个设置的影响,灵活使用:

    • 在结果所在的解集节点 解 - 坐标系 单选框中选择 空间 坐标框架(说明参见解集框架
    • 在二维或三维绘图组的 设置 中,勾选 绘图设置 - 绘制数据集边 复选框
      • 颜色: 数据集边的颜色
      • 坐标系:描述数据集边时使用的坐标系(框架)
      • 可以在图中绘制出不同坐标框架下的数据集分布边界,从而与解的分布(解集的坐标框架)形成对照,或用来观察使用什么坐标框架更合适
    • 在二维或三维绘图组的某一子图节点处,可在其下添加 变形 节点
      • 效果:将图的结果按照固体力学中得到的位移场进行移动,即将每个解的坐标按照相应位移的变化
      • 作用:使结果显示出变形效果
      • 注意变形 并没有改变解集选用的坐标框架,而是数学上把位移量与解的坐标相加。
        验证:通过把 解 - 坐标系 选为 空间 坐标框架,同时,在某一子图下添加 变形 节点,绘图组 - 绘图设置 - 绘制数据集边 - 坐标系 中选择 空间,观察结果图;
        可以发现结果分布与数据集边界分离(若解与绘图组的框架选择相同,图中数据集边界应包裹着结果),且结果变形更剧烈。这是因为其在“变形”的结果上,又增加了一次“变形”位移。

    通过解析函数定义硬化函数

    在通过解析函数拟合定义函数时,定义了材料的硬化函数后,计算出现试图计算零的负数幂函数:^未能计算临时符号衍生变量等。

    • 原因是解析函数在屈服应变(材料受屈服应力时的应变)处的值为负值(回顾结构力学模块中的金属材料硬化函数定义部分
      • 检查函数定义表达式是否错误
      • 检查拟合应力应变曲线时的计算是否有问题
        依然不变,而材料上某一点对应的坐标发生变化。
    • 网格 坐标:坐标附着在网格上,适用于描述结果随网格的分布
      • 自动使用当前结果对应的网格(求解时,求解器使用的网格)
    • 几何 坐标:坐标附着在几何上,适用于描述结果随几何的分布
      • 自动使用当前结果对应的几何(求解时,求解器使用的几何建模)
    1. 显示结果时,让人迷惑的一些情况
    • 在几何实体不会变形移动(相对静止)的模型中,四种坐标下展示的结果是一致的
    • 在几何实体会发生变形移动的模型中
      • 材料区域并不会随着变化,所以材料坐标系还是在最初的材料区域,结果也展示在该区域
      • 在空间坐标框架中会体现出几何实体的变形移动,结果也会显示出“动态”的效果
        (软件是以更新空间坐标关于材料坐标的映射关系来实现几何实体“变形移动”的,可参见变形网格原理部分(第11节)
      • 几何或网格坐标,都是将坐标系附着在求解时对应的几何或网格上。
        所以当改变几何参数或网格(如,使用 辅助扫描参数扫描 等功能在计算中改变几何参数,或使用 自动重新划分网格 功能在计算中重构网格)的情况下,其会满足我们想要展示的效果

    涉及固体力学和变形网格的模型结果显示设置

    1. 在使用了固体力学和变形网格的模型中,如何显示出网格随时间步的变化、非固体区域与固体区域中的连续场随变形的变化?

    主要受以下几个设置的影响,灵活使用:

    • 在结果所在的解集节点 解 - 坐标系 单选框中选择 空间 坐标框架(说明参见解集框架
    • 在二维或三维绘图组的 设置 中,勾选 绘图设置 - 绘制数据集边 复选框
      • 颜色: 数据集边的颜色
      • 坐标系:描述数据集边时使用的坐标系(框架)
      • 可以在图中绘制出不同坐标框架下的数据集分布边界,从而与解的分布(解集的坐标框架)形成对照,或用来观察使用什么坐标框架更合适
    • 在二维或三维绘图组的某一子图节点处,可在其下添加 变形 节点
      • 效果:将图的结果按照固体力学中得到的位移场进行移动,即将每个解的坐标按照相应位移的变化
      • 作用:使结果显示出变形效果
      • 注意变形 并没有改变解集选用的坐标框架,而是数学上把位移量与解的坐标相加。
        验证:通过把 解 - 坐标系 选为 空间 坐标框架,同时,在某一子图下添加 变形 节点,绘图组 - 绘图设置 - 绘制数据集边 - 坐标系 中选择 空间,观察结果图;
        可以发现结果分布与数据集边界分离(若解与绘图组的框架选择相同,图中数据集边界应包裹着结果),且结果变形更剧烈。这是因为其在“变形”的结果上,又增加了一次“变形”位移。

    通过解析函数定义硬化函数

    在通过解析函数拟合定义函数时,定义了材料的硬化函数后,计算出现试图计算零的负数幂函数:^未能计算临时符号衍生变量等。

    • 原因是解析函数在屈服应变(材料受屈服应力时的应变)处的值为负值(回顾结构力学模块中的金属材料硬化函数定义部分
      • 检查函数定义表达式是否错误
      • 检查拟合应力应变曲线时的计算是否有问题
      • 检查选取拟合函数自变量范围时,其下限是否低于或等于屈服应变
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  • 矩阵开关&耦合器性能参数解读

    千次阅读 多人点赞 2020-09-08 14:49:26
    在卫星通信的通信过程中,矩阵开关与耦合器作为信号传输分配的关键一环不可或缺。那么如何选取矩阵开关和耦合器呢?或者说我们怎么通过它们的性能参数判断它们的优劣呢?本文会给你一个答案。

      在卫星通信的通信过程中,矩阵开关与多路耦合器作为信号传输分配的关键一环不可或缺。那么如何选取矩阵开关和多路耦合器呢?或者说我们怎么通过它们的性能参数判断它们的优劣呢?本文会给你一个答案。
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    图1. 卫星射频链路

    1、扇入/扇出

      在软件设计中,扇入/扇出分别是指:

    • 扇入:单个逻辑门能够接受的数字信号输入最大量。在软件设计中是指直接调用该模块的上级模块的个数
    • 扇出:单个逻辑门能够驱动的数字信号输入最大量。在软件设计中是指该模块直接调用的下级模块的个数

      而在卫星通信中则存在不同,以 虹科Novotronik矩阵开关 为例,扇入矩阵开关与扇出矩阵开关对应两种结构不同的矩阵开关,分别应用于卫星通信的下行链路(Downlink)之后的信号接收部分与上行链路(Uplink)之前的信号发射部分,分别用于对应该矩阵开关适用频率范围内的集中统一接收传输与集中统一分配传输。
    在这里插入图片描述

    图2. 虹科Novotronik矩阵开关

      而与软件设计中扇入/扇出类似对应的则是阻塞/非阻塞,在 虹科Novotronik矩阵开关 中,阻塞意味着1个输入端口只能传输信号至1个输出端口;而非阻塞指1个输入端口可传输信号至所有输出端口。
      阻塞/非阻塞与同步/异步有什么区别呢?根据《操作系统概念》(第9版)通信相关部分中的相关解释,阻塞/非阻塞与同步/异步是同义词。对于 虹科Novotronik矩阵开关 而言可以进行类似地理解,它们对应的解释如下:

    • 阻塞式发送(Blocking send):发送方进程会被一直阻塞,直到消息被接受方进程收到
    • 非阻塞式发送(Nonblocking send):发送方进程调用 send() 后,立即就可以其他操作
    • 阻塞式接收(Blocking receive):接收方调用 receive() 后一直阻塞,直到消息到达可用
    • 非阻塞式接收(Nonblocking receive):接收方调用 receive()
      函数后,要么得到一个有效的结果,要么得到一个空值,即不会被阻塞

    2、频率范围

      在卫星通信中,卫星和地面的交互会涉及不同的波段,如L波段(1-2GHz)、S波段(2-4GHz)、C波段(4-8GHz)、Ku波段(12-18GHz)、Ka波段(26.5-40GHz)等,每个波段或者不同波段可对应1个或多个矩阵开关或多路耦合器。不同的频率在 虹科Novoreonik矩阵开关 中分别通过功率合成器和信号功率分配器在扇入/扇出进行传输,可大体分为有损/无损方式传输。
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    (a) m×n全扇入非阻塞矩阵结构拓扑

    在这里插入图片描述

    (b) m×n全扇出非阻塞矩阵结构拓扑
    图3. m×n扇入/扇出矩阵结构拓扑

    3、增益

    (1)什么是增益?

      一般指的是放大倍数,指输出信号与输入信号之间的比例关系,常与放大器相关联。天线增益则是指在特定方向上能量的集中程度。矩阵开关的增益有什么作用呢?一般是为了无损地输出信号,对于 虹科Novotronik非阻塞矩阵开关 而言,1个信号输入端口需要将信号传输到所有的输出端口,在传输到各个输出端口的过程中能量不可避免地会降低,要使信号能量能够与输入端口保持一致进行无损传输或增加,会通过放大器等部件对信号进行调整,故而产生增益。

    (2)可调增益与固定增益

      顾名思义,增益可调,即可调增益。一般有两种情况:MGC和AGC。MGC称为手动增益控制,控制电位器或CPU调整电路的增益。AGC称为自动增益控制,根据输出电平的大小自动调整电路增益。增益10dB可调是指增益允许调整的范围。
      固定增益,即增益不可调,输出信号与输入信号的比例关系是固定不变的。

    4、平坦度

      对于 虹科Novotronik矩阵开关&多路耦合器 而言,一般平坦度指的是带内平坦度,即带内信号各频率点相对于中心频率的幅度变化量。
    在这里插入图片描述

    图4. 虹科多路耦合器

      带内平坦度指标一直被用来作为衡量发射链路中线性失真的重要指标。这是因为不管放大电路和各级模拟滤波器的频率选择性,还是整个发射链路中各个器件之间连接的阻抗不匹配,都是影响输出信号带内平坦度的直接原因。对于输出而言,平坦度越高意味着信号幅度变化越大,信号稳定性越差。国标中定义对带内平坦度的要求是在偏离中心频率+/-3.59MHz的带内平坦度差不大于+/-0.5dB。
    在这里插入图片描述

    图5. 虹科多路耦合器拓扑结构

    5、二阶/三阶截点和交调

    (1)什么是截点?

      固态放大器通常使用晶体管如二极管或场效应管来实现放大,虽然这些晶体管一般被用于线性工作模式,但是仍然存在非线性的现象,如互调产物及谐波,并以虚假信号的形式出现在输出端。在单音调情况下,虚假信号表现为输入信号的多次谐波。在双音调情况下,虚假信号就是两个输入信号f1和f2的混合产物,最普遍的是二阶和三阶互调产物。

    • 二阶互调产物是输入信号频率相加和相减后的频率上的信号(最大)
    • 三阶互调产物是由基波信号和其二次谐波结合的形成的

    (2)什么会导致产生二阶/三阶截点和交调呢?

      一般射频器件的接触不好、器件老化,都可能引起器件的非线性。交调从字面上理解就是相互(两个及两个以上)影响,交调产物就是互相影响的产物。两个或两个以上频率的无线电波在非线性射频器件中传播时,或者在空中传播碰上金属物体的时候,可能产生其他频率的交调干扰信号。
    在这里插入图片描述

    图6. 三阶交调示意图

    (3)截点和交调有什么物理意义?

      三阶交调是三阶交调截取点IP3(Third-order Intercept Point)的简称,在射频或微波多载波通讯系统中,三阶交调截取点IP3(Third-order Intercept Point)是一个衡量线性度或失真的重要指标。
      交调干扰信号有三阶、五阶、七阶或者更多阶的分量,但是三阶交调分量最大。三阶交调是用来衡量射频器件非线性的重要指标,其大小用交调产物与主输出信号的比来表示,单位是dBc。在选择射频器件时,三阶交调指标的绝对值越大越好。其值越大,说明交调产物相对主信号来说越小,对系统的干扰影响越小。
      交调失真对模拟微波通信来说,会产生邻近信道的串扰,对数字微波通信来说,会降低系统的频谱利用率,并使误码率恶化;因此容量越大的系统,要求IP3越高,IP3越高表示线性度越好和更少的失真。

    6、1dB压缩点

    (1)什么是1dB压缩点?有什么物理意义?

      放大器有一个线性动态范围,在这个范围内,放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增加,放大器进入非线性区,其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加,也就是说,其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点,用P1dB表示。典型情况下,当功率超过P1dB时,增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率,其值比P1dB大3-4dB。
    在这里插入图片描述

    图7. 放大器增益压缩特性

    (2)如何根据数值判断其性能?

      1dB压缩点越高意味着输出功率越高,信号的线性范围越宽,可靠性更强

    7、隔离度

      隔离度是为了尽量减少各种干扰对接收机的影响所采取的抑制干扰措施。对于 虹科Novotronik矩阵开关&多路耦合器 而言一般指的是输出端口与输出端口,输出端口与输入端口之间的隔离度。其数值越大越好,表示互相之间的干扰越小。

    8、串扰

      串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。 串扰是指一个信号在传输通道上传输时,因电磁耦合而对相邻的传输线产生不期望的影响,在被干扰信号表现为被注入了一定的耦合电压和耦合电流。耦合长度、间距变化、防护底线、防护过孔都会对串扰产生影响。一般有近端、远端、外部、质谱串扰。
      对于 虹科Novotronik矩阵开关&多路耦合器 而言,一般是指抗串扰度,其值越高表示串扰显现越微弱,产品受影响程度越低。

    9、驻波比

      连接器和开关信号路径对于理想50 Ω(或75Ω)传输线匹配的良好程度。驻波比(VSWR)越大,反射越大,匹配越差,信号传输的效率越低。其值越接近1越好。在驻波比为1.5的时候,反射率为4%;1.1的时候,反射率为0.23%。

    10、继电器

      继电器(relay)是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
      继电器一般都有能反映一定输入变量(如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等)的感应机构(输入部分);有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分);在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离,功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。

    关于虹科卫星通信与无线电事业部

      虹科凭借其先进的测试测量方案十年前已经进入卫星测试领域,近几年来,虹科与世界领域内顶级专家【SAF, ThinkRF,Rover Insutrument,Progira, Novotronik, Elite RF, Calian SED】等深度合作,正式大规模进入卫星与无线电通信领域。提供的方案包括【频谱分析与射频测试解决方案,卫星通信信号分析与地面信号分配方案,射频矩阵开关系统,广播网络规划方案】等。事业部所有成员都受过国内外专业培训,并获得专业资格认证,平均4年+的技术经验和水平一致赢得客户极好口碑。我们的用户群体包括【卫星地面站系统集成商,无线电监测与侦察机构,信息情报机构,技术监视对抗机构,电信网络运营商,广播公司】。
      此外,我们积极参与行业协会的工作,为推广先进技术的普及做出了重要贡献。至今,我们的目标是为领域内更智能的卫星运营商和服务提供商提供业内顶尖水平的卫星通信载波监控、VSAT自动调试、干扰监测与定位等解决方案,为中国卫星与无线电通信事业贡献力量。使其成长为卫星通信行业的最佳合作伙伴。

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空空如也

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多能量场耦合