電磁場數(shù)值分析中通用幾何模型的建立
秦申蓓
（東南大學(xué)，江蘇 南京 210096）
摘要：運用面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê驮O(shè)計技術(shù)，建立了電氣設(shè)備的通用幾何模型。該模型合理地提煉出各種電氣設(shè)備在幾何結(jié)構(gòu)上的共有特征，按照層次劃分，自下而上、從簡至繁地對它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的分析與研究。用visual c++s.o開發(fā)了windows 9x和windows nt操作平臺的通用電氣設(shè)備幾何模型分析軟件包，具有通用性
強(qiáng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、人機(jī)界面友好等優(yōu)點。適用于電機(jī)、變壓器和其他電氣設(shè)備的計算與分析。
關(guān)鍵詞；電氣設(shè)備；幾何模型；面向?qū)ο蠹夹g(shù)
中圖分類號：tm155 文獻(xiàn)標(biāo)識碼；a 文章編號：1001-6848(2000)04-0013-03
1 引 言
在分析電氣設(shè)備的電氣性能時，必須對其中的物理場，如電磁場、溫度場，有一個正確的認(rèn)識。與解析法相比，應(yīng)用數(shù)值方法求解電氣設(shè)備中的物理場時，能得到更為精確的結(jié)果。隨著計算機(jī)技術(shù)的日益普及與提高，該途徑也變得越來越有效而可行，且如今已被大多數(shù)工程專家和科研工作者所接受。在諸多的數(shù)值方法中，有限元方法是最實用最有效的一種方法，它尤其適用于那些具有多種邊界條件的、幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、多介質(zhì)、多連通區(qū)域。但是在該方法的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備中，如何依靠計算機(jī)自動地在各種區(qū)域中生成有限元網(wǎng)格的問題一直未得到較好的解決[1-2]。
現(xiàn)有的有限元網(wǎng)格生成器在處理電氣設(shè)備時，首先是針對具體的設(shè)備讀入實體的幾何參數(shù)，然后再根據(jù)具體的設(shè)備模型生成計算機(jī)可以識別的具有特定格式的數(shù)據(jù)文件，再由網(wǎng)絡(luò)生成器讀入并進(jìn)行有限元網(wǎng)格的剖分。在對實際工程應(yīng)用中，這種方法將導(dǎo)致如下困難：①電氣設(shè)備類型繁多，而各種電氣設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的類型和數(shù)目也不盡相同，難以建立一個通用、簡潔的幾何模型。即使建立了，相應(yīng)的程序也是龐大而復(fù)雜，維護(hù)性差，裎序的健壯性根本無法得到保證。②前處理中所需輸入的原始數(shù)據(jù)較多，輸出數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容也較復(fù)雜，手工工作量依然巨大，操作極易出錯，嚴(yán)重阻礙了有限元法在工程技術(shù)中的普遍推廣使用。因此，開發(fā)一套通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、操作方便、占用資源小的電機(jī)通用幾何模型分析軟件包就顯得相當(dāng)重要[3]。
面向?qū)ο蠹夹g(shù)oot 是一個用于分析、設(shè)計和實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的過程和方法，它模似了人類認(rèn)識客觀世界的思維方式，綜合應(yīng)用“抽象、封裝、繼承”等技術(shù)，以較簡單的方法實現(xiàn)對一個復(fù)雜對象的描述，以較簡單的步驟實現(xiàn)復(fù)雜的功能。在oot基礎(chǔ)上編制出來的軟件能較好地適應(yīng)工作需要的變動，程序的維護(hù)更簡單、更方便。
本文介紹了一種直接基于電氣設(shè)備典型結(jié)構(gòu)特征的通用幾何模型。它應(yīng)用實體造型系統(tǒng)中常用的b-rep方法，參照面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，采用統(tǒng)一的模型來描述不同類型的電氣設(shè)備幾何特征，改模型具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范等特點。所編制的應(yīng)用軟件包，能運行于windows 9x和windows nt操作平臺上，具有非常友好的人機(jī)界面，且自動化程度極高。
2 電氣設(shè)備通用幾何模型
2.1 幾何模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
本軟件構(gòu)造了一個類似于計算機(jī)圖像處理中常用到的實體造型系統(tǒng)sms (solid modelingsystem)，由它約定對實體的幾何結(jié)構(gòu)的分類、各子類中具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)描述、某類實體通用的幾何模型及基于該幾何模型定義下的屬性信息，并以此作為集成化有限元網(wǎng)格生成器的輸入信息。本系統(tǒng)在sms與后續(xù)軟件模塊進(jìn)行信息交換的標(biāo)準(zhǔn)接口中，采用嚴(yán)格的統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)文件作為接口，有力的保證了數(shù)據(jù)傳送的正確性。實體模型通常的表述方法有邊界表述法(b-rep)和構(gòu)造實體幾何表述法(csg-rep)。由于本系統(tǒng)主要是為電機(jī)二維有限元網(wǎng)格生成服務(wù)的，因此使用b-rep方法更為合適。
b-rep方法用點、線、面結(jié)構(gòu)及其拓?fù)潢P(guān)系來表述一個實體。例如，對于任意類型的電機(jī)，它們的共同特征是都具有定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心、定子槽、轉(zhuǎn)子槽或阻尼孔、氣隙、轉(zhuǎn)子繞組等區(qū)域，以這些區(qū)域為基本元素足以組成1臺實際的電機(jī)，且不論該電機(jī)為何種類型。逮些區(qū)域的共同特征是由一條外邊界和數(shù)條內(nèi)邊界組成的，邊界是由線段和圓弧組成的，線段或圓弧由點組成，節(jié)點是模型中的最基本元素。所以，在描述1臺具體的電機(jī)幾何結(jié)構(gòu)特性時，節(jié)點為基本元素構(gòu)成線段和圓弧，線段和圓弧構(gòu)成邊界，邊界構(gòu)成區(qū)域，區(qū)域構(gòu)成整臺電機(jī)。這一具體過程是，先自上至下地細(xì)化整個系統(tǒng)，再自下至上地對整個系統(tǒng)進(jìn)行組合。通過 |
