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含运动导体的电磁场耦合问题是电磁装置设计中经常遇到的问题,具有求解区域大、结构复杂、涉及面广的特点,其中运动电磁系统涡流场的数值计算是相关磁技术应用的理论基础,也是近年来电磁场计算应用研究的难点课题。本文结合天津市自然科学基金项目,在深入、系统总结现有文献的基础上,针对课题相关的理论、数值算法,进行了较深入的研究工作。 本文通过对常规有限元法计算运动电磁场出现数值解失真振荡原因进行分析,发现速度项的存在在破坏了有限元方程对称性的同时,还削弱了有限元方程系数矩阵的“主元占优”的特性,造成了有限元方程系数矩阵性态变差,使得数值解出现失真振荡。文中提出的改进的逆风有限元自适应迭代格式弥补了速度项对系数矩阵主元的削弱,改善了系数矩阵的性态,加速了BI-CGSTAB收敛的速度,同时,降低了等效Peclet常数,有效地消除了数值解的失真振荡。 针对运动电磁场有限元方程系数矩阵具有数值非对称、而数值分布结构对称的特点,本文应用非零元素存储技术,对大型稀疏非对称有限元方程系数矩阵提出一种存储处理技术,降低了计算机的内存。将提出的改进预优矩阵应用于BI-CGSTAB算法,使得矩阵的条件数得以降低,迭代次数减少,收敛速度加快。 本文对运动坐标系下的运动电磁系统涡流场有限元方程进行了分析,提出了对涡流项进行自适应修正的方法,通过实例计算证明上述方法对较高Peclet常数下的计算精度及收敛性均有较好的效果。为了将运动坐标系分析方法应用到任意运动速度及任意网格剖分情况之中,论文提出了三种处理方案,可以根据实际导体的运动速度及运动方式,选择相应的处理方案。 本文分析了运动速度与其相关的电磁力、机械运动之间的耦合问题,利用所编制的软件对一接触器动态特性进行计算,结果与实测值相符。 以TEAM Workshop Problem 9为例,对作者所编制的软件进行了验证,其结果证明了本文提出的论点、模型、算法和程序的正确性。