本文主要研究内容
作者牛凯坤（2019）在《时域有限差分方法的改进及在多物理场中的应用》一文中研究指出：时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)方法是一种对微分形式的麦克斯韦旋度方程进行中心差分离散化处理的时域递推算法,该方法可以直接获得电磁场在任意时间和空间上的解,经过50余年不断的完善和发展,FDTD方法已经成为了当今计算电磁学领域最流行的数值算法,并在诸多工程领域如微波器件、天线、超材料的设计,隐身飞机、舰艇等军事目标的雷达散射截面仿真,电路封装、电磁兼容和信号完整性分析等获得了广泛的应用。然而FDTD方法在处理实际问题当中也遇到了一些问题需要改进和发展:FDTD方法时间和空间离散步长的选取受到了稳定性和收敛性的限制,尤其面对电大和含精细结构的目标时,计算效率会大幅度降低;FDTD方法不仅可以精确求解麦克斯韦方程,亦在与其他物理方程的多物理场联合求解上展现出了极强的潜力,然而此方面的工作相对较少。基于FDTD方法存在的一些缺陷以及研究发展过程中多物理场仿真的迫切需求,论文开展了以下具体的研究工作:1、提出了随机混合显式隐式时域有限差分方法以处理电介质的不确定性,解决了人体组织和器官等介电参数具有统计随机特性物质的高效电磁模拟问题。所提的随机方法通过单次计算便可以得到宽频带电磁场的均值和方差,同时其时间步长不再受最细网格单元大小的限制,使其在处理空间分辨率具有高对比度的结构时具有更高的计算效率。2、基于弱条件稳定(weakly conditionally stable,WCS)和混合显式隐式(hybrid implicit-explicit,HIE)的FDTD方法提出了人工各项异性WCS-FDTD方法和HIE-FDTD方法,克服了精度与效率间的矛盾。所提算法将人工各向异性参数引入隐式算法以优化数值色散误差、提高计算精度,与此同时并没有增加计算的复杂度和物理内存的消耗。3、将FDTD方法的应用范围拓展到多物理场的仿真之中。实现了麦克斯韦-布洛克方程的自洽求解以描述增益媒质的四能级原子系统模型,并基于增益媒质与异常光传输的耦合机制提出了一种新颖的结构以降低欧姆损耗完全补偿时的阈值;实现了麦克斯韦-流体动力学方程的自洽求解来描述物体的非线性特性,并实现了旋转对称结构对二次谐波极化状态控制和准周期非线性超材料角动量的高维度转换,解决了传统的数值模型难以精准描述材料非线性特性的问题。
Abstract
shi yu you xian cha fen (Finite-Difference Time-Domain,FDTD)fang fa shi yi chong dui wei fen xing shi de mai ke si wei xuan du fang cheng jin hang zhong xin cha fen li san hua chu li de shi yu di tui suan fa ,gai fang fa ke yi zhi jie huo de dian ci chang zai ren yi shi jian he kong jian shang de jie ,jing guo 50yu nian bu duan de wan shan he fa zhan ,FDTDfang fa yi jing cheng wei le dang jin ji suan dian ci xue ling yu zui liu hang de shu zhi suan fa ,bing zai zhu duo gong cheng ling yu ru wei bo qi jian 、tian xian 、chao cai liao de she ji ,yin shen fei ji 、jian ting deng jun shi mu biao de lei da san she jie mian fang zhen ,dian lu feng zhuang 、dian ci jian rong he xin hao wan zheng xing fen xi deng huo de le an fan de ying yong 。ran er FDTDfang fa zai chu li shi ji wen ti dang zhong ye yu dao le yi xie wen ti xu yao gai jin he fa zhan :FDTDfang fa shi jian he kong jian li san bu chang de shua qu shou dao le wen ding xing he shou lian xing de xian zhi ,you ji mian dui dian da he han jing xi jie gou de mu biao shi ,ji suan xiao lv hui da fu du jiang di ;FDTDfang fa bu jin ke yi jing que qiu jie mai ke si wei fang cheng ,yi zai yu ji ta wu li fang cheng de duo wu li chang lian ge qiu jie shang zhan xian chu le ji jiang de qian li ,ran er ci fang mian de gong zuo xiang dui jiao shao 。ji yu FDTDfang fa cun zai de yi xie que xian yi ji yan jiu fa zhan guo cheng zhong duo wu li chang fang zhen de pai qie xu qiu ,lun wen kai zhan le yi xia ju ti de yan jiu gong zuo :1、di chu le sui ji hun ge xian shi yin shi shi yu you xian cha fen fang fa yi chu li dian jie zhi de bu que ding xing ,jie jue le ren ti zu zhi he qi guan deng jie dian can shu ju you tong ji sui ji te xing wu zhi de gao xiao dian ci mo ni wen ti 。suo di de sui ji fang fa tong guo chan ci ji suan bian ke yi de dao kuan pin dai dian ci chang de jun zhi he fang cha ,tong shi ji shi jian bu chang bu zai shou zui xi wang ge chan yuan da xiao de xian zhi ,shi ji zai chu li kong jian fen bian lv ju you gao dui bi du de jie gou shi ju you geng gao de ji suan xiao lv 。2、ji yu ruo tiao jian wen ding (weakly conditionally stable,WCS)he hun ge xian shi yin shi (hybrid implicit-explicit,HIE)de FDTDfang fa di chu le ren gong ge xiang yi xing WCS-FDTDfang fa he HIE-FDTDfang fa ,ke fu le jing du yu xiao lv jian de mao dun 。suo di suan fa jiang ren gong ge xiang yi xing can shu yin ru yin shi suan fa yi you hua shu zhi se san wu cha 、di gao ji suan jing du ,yu ci tong shi bing mei you zeng jia ji suan de fu za du he wu li nei cun de xiao hao 。3、jiang FDTDfang fa de ying yong fan wei ta zhan dao duo wu li chang de fang zhen zhi zhong 。shi xian le mai ke si wei -bu luo ke fang cheng de zi qia qiu jie yi miao shu zeng yi mei zhi de si neng ji yuan zi ji tong mo xing ,bing ji yu zeng yi mei zhi yu yi chang guang chuan shu de ou ge ji zhi di chu le yi chong xin ying de jie gou yi jiang di ou mu sun hao wan quan bu chang shi de yu zhi ;shi xian le mai ke si wei -liu ti dong li xue fang cheng de zi qia qiu jie lai miao shu wu ti de fei xian xing te xing ,bing shi xian le xuan zhuai dui chen jie gou dui er ci xie bo ji hua zhuang tai kong zhi he zhun zhou ji fei xian xing chao cai liao jiao dong liang de gao wei du zhuai huan ,jie jue le chuan tong de shu zhi mo xing nan yi jing zhun miao shu cai liao fei xian xing te xing de wen ti 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自安徽大学的牛凯坤，发表于刊物安徽大学2019-07-03论文，是一篇关于时域有限差分方法论文,弱条件稳定论文,随机分析论文,人工各向异性参数论文,多物理场仿真论文,安徽大学2019-07-03论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自安徽大学2019-07-03论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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