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舰船作为一个相对独立的个体,没有通常意义上的大地,但舰船上电磁环境随更多的设备应用而日益复杂,这使得舰船上地电流情况对舰船整体电磁兼容性能的影响越来越重要。地电流对舰船上设备形成电磁干扰机理比较复杂,首先舰船上复杂的设备、系统以及线路等对地电流的影响各不相同;其次要综合考虑耦合方式、邻近效应、趋肤效应等电磁场现象的作用;另外舰船壳体钢板的长宽、厚度、趋肤深度和不同频率的波长间尺寸相差过大。这些复杂的因素,使得对舰船上地电流的预测和分析工作相当困难,无论是理论分析、数值计算,还是实验手段,都存在一定劣势。这一问题成为困内舰船工业中电磁兼容问题的研究难点和热点。
随着计算机技术的发展,基于数值方法的强大电磁场计算软件,正逐渐广泛的应用于各种电磁场工程问题。本文就是尝试这种思路,用有限元方法为核心的电磁场软件,探索舰船地电流问题的解决是本文的主要工作。作者希望通过本文的工作达到以下目的:首先尝试利用基于有限元方法的电磁场仿真软件作为分析工具,来预测和分析舰船上地电流分布问题,为这一问题提出自己的研究方法和结果;其次,基于数值方法的电磁场分析软件逐渐成为电磁场专业人员重要的工具,要掌握这种方法,不仅对软件有一定了解,还要熟悉数值分析方法。通过本文实际的工作可以在使用软件的过程中,深入学习有限元分析方法;最后,作者可以得到电磁场专业知识的深化和工程经验的累积。
本文研究的对象是在舰船地电流分析中经常采用的一种分析模型,将原先的问题转换成这一模型中金属板上面电流分布的预测和分析。本文采用的电磁场仿真软件Maxwell是基于有限元方法的,所以有限元方法作为核心算法,将系统的加以介绍。仿真工具Maxwell中,与模型分析相关的功能和特点也将进行介绍。完成有限元方法原理介绍和电磁场分析软件的介绍后,将首先对这一模型进行理论分析,得出面电流分布的基本趋势;接着将使用有限元软件进行仿真,在通过比较后确定一个有效的分析模型,再利用这一软件中的模型,分析各种情况下面电流分布的规律;再次,将对实际模型测试,用实验获得数据和仿真结果进行比对;最后得出结论。