轴对称周期永磁聚焦系统二维有限元分析

论文摘要

微波管是一种广泛用于现代军事电子装备的真空电子器件,磁系统对微波管的发展起着重要作用,而周期永磁聚焦系统是最常用的现代微波管聚焦系统,所以研究周期永磁聚焦系统对于现代微波管发展有着重要影响。由于微波管研制涉及的学科繁多,且工艺极其复杂,所以近代微波管的发展很大程度上依赖建模和模拟技术,世界许多国家都在致力于微波管CAD技术的发展。论文正是在此背景下,对周期永磁聚焦系统进行二维有限元研究。论文着重研究微波管的轴对称周期永磁聚焦系统的二维线性有限元和二维二次有限元的模拟计算。二维线性有限元法拥有公式简单和方程组带窄的优点,但是它的精度比较差,收敛比较慢,而且在静磁场计算中,计算出的磁感应强度在每个网格内是常值,所以论文利用二维二次有限元和二维线性有限元作对比。基于周期永磁聚焦系统的理论分析,采用二维二次有限元方法求解圆柱坐标系下轴对称永磁体结构的磁感应强度分布。首先将二维二次有限元模拟仿真结果与Ansoft Maxwell 2D以及UESTC_PPM的模拟结果进行对比,验证了二维二次有限元法具有较高的计算精度。然后对二维线性有限元法和二维二次有限元法进行收敛性对比,验证了二维二次有限元法具有更好的收敛性和更快的收敛速度。最后得到结论二维二次有限元法模拟计算轴对称永磁聚焦系统,能够满足工程需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 微波管概述
• 1.2 微波管磁场的应用
• 1.3 微波管CAD 技术
• 1.3.1 电磁模拟软件介绍
• 1.3.2 微波管CAD 发展方向
• 1.4 学位论文的工作创新
• 1.5 论文的结构
• 第二章 微波管的磁聚焦系统
• 2.1 磁聚焦系统概述
• 2.2 磁聚焦系统的分类
• 2.3 周期永磁聚焦系统
• 2.3.1 周期永磁聚焦系统的分类
• 2.3.2 周期永磁聚焦系统的聚焦作用
• 2.3.3 周期永磁聚焦系统的设计要求
• 2.4 小结
• 第三章 磁路计算模型
• 3.1 磁路的设计原理
• 3.2 磁路模拟计算的流程
• 3.2.1 理论模型
• 3.2.2 误差控制
• 3.3 静磁场的数值计算方法
• 3.3.1 电磁场有限差分法
• 3.3.2 电磁场有限元法
• 3.3.2.1 里兹方法
• 3.3.2.2 伽辽金方法
• 3.4 小结
• 第四章 周期永磁聚焦系统的有限元分析
• 4.1 边值问题的有限元分析
• 4.1.1 一维有限元
• 4.1.2 二维有限元
• 4.2 轴对称永磁聚焦系统的二维有限元分析
• 4.2.1 二维线性有限元
• 4.2.2 二维二次有限元
• 4.3 轴对称永磁聚焦系统二维有限元模拟仿真
• 4.3.1 区域离散
• 4.3.2 选取材料属性
• 4.3.3 二维二次有限元仿真精度
• 4.3.3.1 实例1 单磁环模型
• 4.3.3.2 实例2 单周期模型
• 4.3.3.3 实例3 长周期模型
• 4.3.4 二维有限元的收敛速度对比
• 4.4 小结
• 第五章 论文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果