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关键词： 模型系统工程(MBSE)   有限元   人工智能(AI)   电磁场计算  

摘要： 电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。该文首先提出了双向耦合的设计方法,使仿真软件能适应复杂需求。然后,基于模型系统工程(MBSE)方法,建立四个层级的电磁场有限元仿真软件的架构设计流程,并完成软件的建模,实现了系统结构和行为的定义和可视化。最后,基于Python开发了集成AI的软件原型IFEM,并通过两个实际案例验证了其功能和准确性。研究成果提高了软件开发的质量、效率和知识传承能力,为数值模拟工业软件在AI for Science背景下的AI集成提供了有效思路。

关键词： 电脉冲   脉冲电流   脉冲宽度   温度   Cu-20Fe合金  

摘要： 借助COMSOL Multiphysics软件模拟了电脉冲作用下Cu-20Fe合金熔体内电磁场及电磁热与流场之间的耦合作用,分析了脉冲电流的振幅、频率和脉宽对Cu-20Fe合金熔体内部电磁力和流场分布特征的影响。结果表明,在一个脉冲周期内,当脉冲宽度从2.3 ms增加到17 ms时,电极附近熔体的电流密度、磁感应强度和洛伦兹力的峰值先增大后减小,当脉冲宽度为13 ms时,电磁力峰值最大。当电流为1400 A,频率为15 Hz时,随着脉冲宽度增加,由洛伦兹力诱导的熔体内部的流动强度先增大后减小,在脉冲宽度为13 ms、时间为tp/4时,Cu-20Fe合金熔体内的流速达到最大值,为2.03 mm/s。此外,脉冲宽度的调整对Cu-20Fe合金熔体流动的垂直分量产生的影响大于水平分量。电极附近熔体的电流密度、磁感应强度、洛伦兹力和流动强度均随着电流振幅的增加而增加。由洛伦兹力引起的Cu-20Fe合金熔体内部的循环流动,不仅促进熔体内部温度的均匀分布,也提高了Cu-20Fe合金熔体的冷却速率。

关键词： 真实情境   霍尔元件   带电粒子   电磁场   核心素养  

摘要： 霍尔元件不仅是带电粒子在电磁场中运动的典型模型,而且在实际生活中的应用也十分广泛,如用于电动车控速车把、自行车轮速传感器等产品中。霍尔元件的工作原理较为抽象且复杂,教师在传统教学中一般是引导学生进行理论推导,但学生在理解原理时存在较大困难,无法分析其在实际应用中的原理。采用基于真实情境的霍尔元件展开实验教学,可以有效突破这一教学难点。以教学视角观之,其教学从探究电动车控速车把的工作原理出发,以真实情境导入实验教学,学生不仅能够理解霍尔元件的工作原理,还能够学以致用,据此解释生活中霍尔元件的应用问题。

关键词： 电磁场与电磁波   演示实验   可交互式动画  

摘要： 为了进一步提升教学质量和学生的学习兴趣,帮助学生更好地理解和应用电磁知识,开展了计算机仿真技术、互联网资源同电磁场与电磁波教学融合的创新实践探索。该教学模式以趣味性较强的演示实验和演示视频为线索,为课堂和课后学习环节引入更多开放性问题;配合BOPPPS教学法、计算机仿真和多媒体技术,引导学生用所学知识探索问题背后的电磁原理。教学实践结果表明,融合创新教学有效地活跃了课堂氛围,促进了学生的自主思考,加深了学生对知识的理解。

关键词： 导弹   电磁场   直接雷击   临近雷击   雷电防护试验  

摘要： 武器装备的防雷性能越来越受到重视,其中雷电脉冲电磁场效应试验是雷电环境试验的重要组成部分,也是导弹雷电防护验证与分析的有效途径。本研究在分析导弹雷电环境的基础上,解析了GJB8848[1]和GJB1389A[2]中规定的脉冲电磁场效应试验的试验要求及方法,并根据多次导弹雷电脉冲电磁场试验经验提出了导弹应对脉冲电磁场效应试验的建议。

关键词： COMSOL仿真   物理建模   带电粒子   可视化教学  

摘要： 利用COMSOLMultiphysics开发教学仿真素材,直观展现带电粒子在匀强电场、匀强磁场、复合场中的运动轨迹,以提升学生对电磁学本质规律的理解,培养其科学探究、科学思维与创新能力。

关键词： 有限元分析   电机   电磁场分布   优化  

摘要： 本文着重探讨基于有限元分析的电机电磁场分布优化。电机电磁场分布的优化对其性能与效率提升意义重大。有限元分析作为有力的数值分析手段,能精确模拟电机内部电磁场特性。文中详细介绍电机电磁场原理、有限元分析理论,深入剖析影响电磁场分布的因素,并基于此提出优化方案。通过有限元建模与模拟,对比优化前后电机的多项性能指标,结果 表明合理的优化策略可显著改善电机电磁场分布和性能。本研究为电机设计与制造提供了重要理论参考。

关键词： 麦克斯韦   法拉第   电磁场理论  

摘要： 法拉第的电磁场理论被麦克斯韦数学化后,推导出电磁波传播方程,促使赫兹通过实验验证电磁波存在(1887年),最终推动无线电通信(如5G、卫星通信)的诞生。

关键词： 人工触发闪电   光谱诊断   时域有限差分方法   通道电流   电磁场  

摘要： 利用无狭缝摄谱技术获取了中国广东一次人工触发闪电通道等离子体的光谱.基于光谱诊断方法确定了该触发闪电通道电流的最大值与最小值分别为30.9 kA和25.6 kA,并采用线性电流衰减传输线模型(modified transmission line with linear current decay,MTLL)对电流进行了模拟.在此基础上,采用时域有限差分方法(finite-difference time-domain,FDTD)和传输线模型研究了不同距离处的电场分布特征,并对58 m处产生的电场进行了比较.结果发现:当回击速度取1.3×10^(8) m/s时,辐射电场与实验垂直电场偏差较大,但与FDTD方法模拟的垂直电场符合一致.进一步,采用FDTD方法、偶极子方法、电荷-磁场极限估算法研究了58 m,90 m,1.6 km的磁场分布.与实验数据比较发现:不同计算方法与实验值在58 m和90 m处有一定差异,但在1.6 km处符合一致.