工程电磁场数值分析与优化设计

本书内容既包括节点有限元法，又包括棱边有限元法，同时也介绍了有限体积法和无网格法；既有三维涡流问题的稳态分析，又有瞬态分析；既含正问题的数值分析，也含近年来逆问题和优化设计的新发展，同时也介绍了受到研究者关注的耦合问题。在第壹版的基础上，增补版增加了关于提高超大规模工程电磁场计算效率、建立多角度各向异性及非线性材料电磁特性模型、考虑不确定性的电工设备优化设计方法，以及拓扑优化设计等新研究成果。为使内容更为集中，删去了第壹版中高频电磁场的时域有限差分法。

前言
第1章工程电磁场数值分析与优化设计的基本问题
1.1概述
1.1.1电磁场数值分析与优化设计方法的分类
1.1.2计算电磁学的研究现状与技术进步
1.2电磁场控制方程的表述
1.2.1麦克斯韦方程组.
1.2.2第1性定理和矢量场的分类
1.2.3场矢量和位函数的微分方程
1.2.4工程电磁场数值分析中电磁位方程的表述
1.3边界条件
1.3.1不同媒质的分界面条件
1.3.2场域边界条件
1.3.3开域问题与空间变换
1.4基函数与权函数
1.4.1加权余量法简介
1.4.2基函数的类型
1.4.3权函数的类型
1.5线性和非线性数学规划
参考文献
第1篇工程电磁场数值分析
第2章有限元法I(节点元)
2.1概述
2.2基于变分原理的有限元法
2.2.1古典变分法简介
2.2.2变分有限元法
2.2.3单元插值基函数的构成
2.2.4静态场泊松方程边值问题的变分有限元法
2.2.5各类边界条件的处理
2.3伽辽金有限元法
2.3.1三维涡流场分析的矢量磁位和标量电位数学模型
2.3.2标量电位的作用
2.3.3三维正弦涡流场问题的伽辽金有限元离散化
2.4三维瞬态涡流场分析
2.4.1时步法
2.4.2状态空间法
2.5计算实例
2.5.1线性正弦稳态涡流问题(TEAMWorkshop问题7)
2.5.2非线性瞬态涡流问题(TEAMWorkshop问题10)
参考文献
第3章有限元法Ⅱ(棱边元)
3.1概述(从节点元到棱边元)
3.2六面体Whitney单元插值函数的构建
3.2.1六面体Whitney单元的插值函数
3.2.2六面体Whitney单元插值函数的旋度
3.3六面体Mur单元的插值函数
3.4棱边元与节点元在三维电磁场分析中的比较
参考文献
第4章有限体积法
4.1概述
……
第5章无网格法
第6章电磁场数值计算的后处理
第7章铁磁材料磁特性模拟与电磁场数值分析
第8章有限元离散化方程组解法的若干问题
第9章提高大规模工程电磁场有限元计算效率的若干方法
第2篇工程电磁场与电路系统和机械运动的耦合问题
第10章电磁场与电路系统的耦合
第11章电磁场、电路系统与机械运动系统的耦合问题
第3篇工程电磁场优化设计
第12章工程电磁场逆问题和优化设计
第13章进化类标量优化算法
第14章表面响应模型及其在电磁场逆问题和优化设计分析与计算中的应用
第15章矢量进化算法
第16章鲁棒优化设计理论与方法
第17章电磁场优化设计的*新进展——拓扑优化设计

本书在２００９ 年１ 月机械工业出版社出版的. 工程电磁场数值分析与综合. 的基础上.与时俱进地集成了近年来计算电磁学的最新研究成果. 即快速高效的大规模工程涡流场计算方法、媒质电磁特性数值模拟、不确定性因素下的电磁场逆问题和优化设计. 以及拓扑优化设计等内容. 并修改、完善了. 工程电磁场数值分析与综合. 的主要内容. 与此相对应.本书定名为.工程电磁场数值分析与优化设计..工程电磁场数值分析与综合设计是计算电磁学的重要组成部分. 计算电磁学以电磁场理论为基础. 将数值计算、优化方法和计算机软件技术结合起来. 解决复杂的工程电磁场问题. 在最近数十年. 特别是２０ 世纪９０ 年代以来得到了蓬勃发展. 成为一门新兴的综合性学科. 由于电气装备的工业需求和控制技术的广泛应用、计算机技术的持续进步和日益普及、计算数学和软件技术的快速发展. 促使计算电磁学研究的深度和广度不断拓展. 在电磁场正问题、逆问题与优化设计和耦合问题分析的诸多领域都取得了重大进步. 特别是近几年来.在快速高效的大规模工程涡流场计算、媒质电磁特性数值模拟、不确定性因素条件下电磁场的优化设计. 以及拓扑优化设计等方面取得了长足的发展. 这一迅速发展的形势. 对从事工程电磁场理论与应用研究的研究生、教师、科研工作者和工程技术人员提出了新的要求.在这种新形势下. 本书作者试图将自己的研究成果和国际著名学者的部分研究成果结合起来. 提供一本既有电磁场分析与优化设计的基本理论、基本方法. 又有近年来国际上提出的一些新理论与新方法. 在文字表述上力图由浅入深的实用参考书. 因此. 本书内容既包括节点有限元法. 又包括棱边有限元法. 同时也介绍了有限体积法和无网格法. 既有三维涡流问题的稳态分析. 又有瞬态分析. 既含正问题的数值分析. 也含近年来逆问题和优化设计的最新发展. 同时也介绍了受到研究者关注的耦合问题. 在. 工程电磁场数值分析与综合.的基础上. 本书增加了关于提高超大规模工程电磁场计算效率、建立多角度各向异性及非线性材料电磁特性模型、考虑不确定性的电工设备优化设计方法. 以及拓扑优化设计等最新研究成果. 为使内容更为集中. 删去了.工程电磁场数值分析与综合. 中高频电磁场的时域有限差分法. 全书分为３ 篇. 共１７ 章. 为了便于读者查询. 每章后面均附有较为详细的参考文献. 书中提供了较多实际算例. 以便将理论与算法具体化. 书末附有若干计算机源程序. 可作为进行有关实际问题计算时程序编写的基础和参考.本书第１ 章第１.. ５ 节“线性和非线性数学规划”、第５ 章“ 无网格法”、第３ 篇“ 工程电磁场优化设计” 的６ 章以及附录Ｂ “简单禁忌搜索算法程序”、附录Ｃ “简单一维伽辽金无单元法程序” 由浙江大学杨仕友教授撰写. 第７ 章第７.. ８ 节“表面阻抗法”、第７.. ９ 节“计算实例: 铁磁材料中的涡流与磁场” 和第６ 章第６.. ２.. ４ 节“ 计算实例” 由浙江大学姚缨英Ⅳ  教授撰写. 沈阳工业大学谢德馨教授撰写了其余章节. 并负责全书的校阅和定稿.本书内容也融入了作者所在单位研究团队中博士生、硕士生多年来的研究成果. 保定天威集团程志光教授、沈阳工业大学张艳丽教授审阅了第７ 章的主要内容. 提出了宝贵的修改意见. 在此一并表示谢意.由于作者水平有限. 书中可能还有不少缺点和错误. 恳请读者批评指正.编著者