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关键词： 总能量动量   正能量定理   电磁场   数据集  

摘要： 正能量定理是广义相对论的基本结果。对于渐近平坦的时空，最早由Schoen和Yau[25-27]给出了该定理的证明。之后，Witten[29]通过旋量几何的技巧也给出了相应的证明，而Parker和Taubes基于Witten的方法在数学上给出了严格化的证明[24]。此后，Gibbons和Hull成功地将Witten的方法应用于带电磁场的渐近平坦初始数据集上[16]。Gibbons，Hawking，Horowitz和Perry考虑了带黑洞的情况[15]。而对于负宇宙常数情形，Wang[28]，Chru(s)ciel-Herzlich[9], Maerten[22], Chru(s)ciel-Maerten-Tod[11], Zhang[33]以及Xie-Zhang[30]几篇文章也考虑了该理论。\n 本文中，给出了渐近anti-de Sitter初始数据集上总能量动量的定义，这里考虑的是渐近于anti-de Sitter时空极坐标下t截面的情形。该定义可由Witten的旋量理论边界项自然得到，而t=0时，定义的总能量动量退化为Chru(s)ciel-Maerten-Tod的定义。还证明了对应的正能量定理。能量动量不等式改进了Chru(s)ciel-Maerten-Tod在AdS质量中心坐标下不等式退化一般坐标下的形式。之后讨论了定义和Henneaux-Teitelboim定义的能量动量的等价性。带电磁场这一性质使得在渐近anti-de Sitter Einstein-Maxwell初始数据集上建立正能量定理比较复杂。基于Witten的方法，在该数据集上建立了正能量定理。还详细讨论了如何解关于Einstein-Maxwell联络的Dirac-Witten方程。

关键词： 时域有限差分算法   进程间消息传递   通信函数   并行FDTD   电磁场   数值计算  

摘要： 时域有限差分法(Finite Difference Time Domain，FDTD)是计算电磁场数值的快速有效算法，它是由***在1966年首次提出的。FDTD法由于简单、直观的特点，现在电磁计算领域得到普遍应用。但工程实践中，在计算大型目标或那些结构复杂的目标的电磁场时，要在模拟区域划分众多网格，才能满足算法稳定性要求以及计算的精确度，由此将导致两方面问题:即计算耗时过大以及占用太多内存，很大程度制约了时域有限差分法在求解电磁场方面发挥作用。\n 随着计算量的增长，单台微机受限于存储能力及计算速度，已经不能符合需要。即便微机软、硬件的不断发展，能够在某种程度上增强单台微机的运算能力，但是不能治本。协调多台计算机使其同时运算，并行运算概念应运而生，可以利用高速局域网把若干单台计算机联网构成集群系统，将发挥明显优势。若要提高系统的规模计算力，理论上增加微机数量即可实现。这样，可以得到解决前述运算耗时过长以及单台微机内存容量有限而带来的运算问题。\n 由于FDTD算法具有某点场量只与其相邻的场量有关的特点，因此很适合于并行运算。可以将大规模计算空间分割成若干小块分配给计算机分别处理。由此，每个计算结点不再求解整个计算空间，而只需处理子空间的计算，这样既解决了内存占用过大的问题，又减少运算耗时，在求解复杂结构体电磁场问题时，时域有限差分法得以发挥巨大功效。时域有限差分并行运算研究逐步引起业内广泛关注。但目前面临的问题是，若进一步增大结点数目，会快速拉低并行运算效率，对实际应用造成很大影响。因此亟待研究如何提高时域有限差分法的并行效率问题。\n MPI是一种简单通用的进程间消息传递实现方式，它提供的通信函数便于FDTD程序的调用，而且大多数计算机厂商都提供对它的兼容。\n 本文首先介绍了FDTD的基本原理，以及FDTD并行计算思想，然后对FDTD算法中影响并行效率的关键步骤如区域划分（包括一维、二维、三维分割）、负载平衡、数据传输、数组操作、通信函数的选取等进行了详尽分析。本文提出了一种具有更高效率的改进方案，主要由重叠区域模型和逻辑层模型两部分组成。重叠区域模型是对计算机的内存容量和计算能力的平衡，通过减少进程间的交互从而显著缩短了传输和同步的时间。逻辑层模型将原来整个的计算空间划分为子逻辑层，从而减少了同步时间。逻辑层模型是对FDTD并行化一种新的扩展模式。两种模型的目标都是减少传输需求，削弱不同进程间的通信依赖，提高FDTD并行效率。最后，文章针对以上模型在不同网络环境下的表现进行了仿真和分析。验证了该方案在减少进程间通信依赖，扩展FDTD并行化方面具有可行性。

关键词： 合作式自主学习   电磁场与电磁波教学   创新意识  

摘要： 本文结合通信电子类学生培养目标，分析了“电磁场与电磁波”课程目前教学现状，引入合作式自主学习方法，改革培养模式，提高教学质量，激发大学生的创新意识。

关键词： 微元思想   电磁场   速解   物理过程   中学物理   物理规律   非线性变化   中学生  

摘要： 中学物理中的问题，特别是物理竞赛中的电磁问题，可能遇到描述物理过程的一些参量发生非线性变化，超出了中学生所学规律的适用范围，给学生解题带来很大的困难．若能借助“微元”思想，将该物理过程分解为众多微小的“元过程”，通过研究“元过程”，巧妙地将内力转化为外力，将变量转化为恒量，从而将复杂的物理过程转化成学生熟悉的物理规律就能迅速解决．笔者就微元思想在电磁场中的典型应用举例如下：

关键词： 电磁场媒质分界面   切向衔接条件   法向衔接条件   泰勒级数展开   高阶无穷小  

摘要： 电磁场媒质分界面衔接条件是电磁场基本原理的重要组成部分,是电磁场基本方程组微分形式的补充。电磁场原理的应用充分说明了媒质分界面衔接条件的正确性。但长期以来,一直被引用的分界面衔接条件论证过程,需要在论证中引入附加条件。论证切向分量衔接条件时,在包围分界面上一点的矩形回路中,假设垂直于分界面的边比平行于分界面的边以更快的速度趋于零;论证法向分量衔接条件时,在包围分界面上一点的圆柱闭合面中,假设与分界面垂直的侧面以更快的速度趋于零。本文提出了一种不需要上述假设的论证方法,在泰勒级数展开的基础上,只需令矩形和正六面体的各维尺寸同时趋近于零,即可证明分界面衔接条件;以更自然的方式,揭示了分界面上场矢量切向和法向分量突变的本质。

关键词： 脉冲电磁场   骨折延迟愈合   骨密度   骨间隙面积  

摘要： 目的探讨脉冲电磁场治疗开放性骨折延迟愈合的临床治疗效果。方法 61例胫骨骨折延迟愈合患者的骨折时间≥4个月,依据是否接受脉冲电磁场治疗分为治疗组(31例)和对照组(30例),每天治疗20 min,共16周。治疗效果评价采用CT扫描定量分析骨密度(BMD)和骨间隙面积。结果治疗组患者治疗后的BMD为0.86 ***-2(采用对数值为0.66 ***-2),对照组患者治疗后的BMD为0.56 ***-2(采用对数值为0.37 ***-2),2组比较差异有统计学意义(P<0.05);治疗组患者的平均BMD为对照组的1.33倍(90%CI:1.13～1.56)。治疗组患者治疗后的骨间隙面积为-0.130 mm2(采用对数值为0.071 mm2),对照组患者治疗后的骨间隙面积为-0.096 mm2(采用对数值为0.069 mm2),2组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论脉冲电磁场可显著改善骨折延迟愈合,有利于治疗和预防骨折延迟愈合。

关键词： 开关磁阻发电机   发电系统   输出特性   电磁场   有限元分析  

摘要： 在能源资源稀缺与环境污染日益严重的今天，风能具有蕴量巨大、没有污染、分布广泛、可以再生四大优点，受到越来越多的学者的亲睐，人们利用风能发电也从最开始的恒速恒频发展为现在的变速恒频。本文以开关磁阻发电机这一新型的风力发电机为研究对象，围绕低速直驱状态下发电系统的输出特性进行研究，采用多学科交叉的研究与分析方法，系统地分析了发电机设计、优化以及系统发电效率的问题，为提高开关磁阻发电系统输出功率奠定理论基础。\n 本文的主要研究工作如下：\n （1）研究了开关磁阻发电机的几何结构，分析了发电机内部电磁场。针对开关磁阻电动机直接用作发电机将导致绕组电能不能充分转移，导致效率偏低的问题，分析了开关磁阻发电机内部复杂的非线性磁路关系，基于MathCAD15对开关磁阻发电机进行电磁计算（包括几何尺寸、对齐位置和不对齐位置的磁路、电流和电磁转矩关系、绕组设计和参数分析），编写了发电机优化程序，并通过对开关磁阻发电机几何尺寸的修改，使得在约束条件内发电机性能得到优化。\n （2）基于Ansoft14进行了开关磁阻发电机内部电磁场有限元分析，研究了开关磁阻发电机噪声的成因，分析了发电机径向力，推导了矢量磁势虚位移法对电磁力的计算公式，计算出了非线性模式下的气隙磁场和径向力，为抑制发电机的振动和噪声提供了设计思路和解决方案。\n （3）基于MATLAB/SIMULINK建立了风力机模型，利用电流二维插值法建立了开关磁阻发电机的非线性模型，分析了风力机的功率特性和最大风能跟踪的几种常规控制方法，提出了逻辑变步长爬山搜索法实现最大风能跟踪的方法；分析了开关磁阻发电机几种常规的功率变换器，搭建了变发电电压的电容储能式功率变换器模型，采用发电电压模糊控制的方法提高了发电效率；搭建了低速直驱开关磁阻风力发电系统非线性数学模型，仿真结果证明了该系统的可行性。\n 本文的研究工作受湖南省自科基金湘潭联合基金重点项目（11JJ8004）、湖南省教育厅项目（11C1201）和湘潭大学自然科学研究项目（08XZX25）资助。

关键词： 高压输电线   环境电磁场   生物效应   在体实验   动物血清   超微结构   电磁场曝露  

摘要： 为研究交流高压输电线路产生的低频环境电磁场对人体的生物效应,采用哺乳动物在体实验研究了具有椭圆极化场源特征的模拟电磁环境对动物血清和细胞超微结构的影响。血清生化分析显示,当实验动物经过Ⅰ区域电磁场(3.5～4.5kV/m、40～48μT)曝露后,谷草转氨酶(ALT)、谷丙转氨酶(AST)和尿素氮(BUN)含量明显升高,肝细胞凋亡率明显增加。当实验动物经过Ⅱ区域电磁场(2.3～3.5kV/m、48～50μT)曝露后,上述指标未产生具有统计学意义的变化。由细胞超微结构的电镜观察结果可知,2种实验参数均使得细胞线粒体的大部分嵴和膜出现轻中度融合。研究结果表明,低强度低频电磁场(2～5kV/m,20～60μT,50Hz)曝露可能会影响动物的肝、肾功能,并能通过某种途径诱导细胞线粒体超微结构发生异常。

关键词： 骨折愈合   骨干   电刺激疗法   电磁场   系统评价  

摘要： 目的通过检索和分析国内外相关文献，评价电磁刺激治疗长骨骨折延迟愈合以及不愈合的临床疗效及安全性。方法采用计算机检索1978年1月至2012年2月荷兰医学文摘（Embase）、Medline、Ovid和万方医学网等中英文数据库并结合手工检索，按照既定的纳入标准和排除标准查找有关电磁刺激治疗长骨骨折愈合延迟及不愈合的临床随机对照试验，对纳入的研究进行质量评价，使用RevMan5．1软件对数据进行meta分析。估计结局指标的相对危险度（RR）及95％可信区间（c1）。结果最终有4篇文献符合既定的纳入标准和排除标准，共4项随机对照试验，共121例患者，其中采用电磁刺激疗法治疗的患者58例作为治疗组，采用假刺激疗法治疗的患者63例作为对照组。研究结果提示2组患者最终愈合率[RR=1．96，95％CI（0．86，4．48）]、治疗12周后的愈合率[RR=2．26，95％CI（0．29，17．28）]、治疗24周后的未愈合率[RR=1．61，95％CI（0．74，3．54）]、疼痛视觉评分（VAS）等组间比较，差异均无统计学意义（P〉0．05）。结论电磁刺激可能是长骨骨折延迟愈合和不愈合患者的一种治疗措施，但目前在临床实际应用中尚缺乏足够的证据支持其确切的有效性和安全性；尚需进一步开展高质量、多中心、大样本的随机对照试验去验证。

关键词： 高压隔离开关   性能优化   电磁场   温度场特性   有限元分析  

摘要： 高压隔离开关是一种应用广泛且十分重要的高压电气设备，一般与高压断路器串联，最主要功能是起隔离作用，一般不开合负载电流和故障电流。然而，目前针对高压隔离开关电磁场、温度场特性的研究仍然不够，高压隔离开关机构的性能还有一定的提升空间。\n 550kV高压隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高，甚至会超过允许温升，影响其工作性能，尤其是隔离开关的接触电阻，直接影响其热稳定性。高压隔离开关性能测试中，由于隔离开关周围铜排的原因，动触头触指部分及隔离开关整体会受到很大的电动力，影响其动稳定性。\n 首先，本文简要分析了高压隔离开关的电磁场、温度场基本原理及有限元分析方法。\n 其次，针对高压隔离开关表面场强分布和电位分布不均的问题，对GW17型550kV/5000A户外高压隔离开关建立三维有限元分析模型，研究均压环在不同参数情况下，高压隔离开关的电场情况，确定均压环布置方案。\n 再次，针对测试时隔离开关周围铜排的走线不同，建立包括铜排在内的隔离开关三维有限元模型，研究隔离开关在160kA/0.3s下的动稳定性。\n 最后，通过热电耦合分析，计算隔离开关在1.2倍额定电流下的温度场分布，得出各部分的具体温升值，再通过瞬态热分析，研究隔离开关在63kA/3s下的热稳定性，分析接触电阻、接触面积及电流对动静触头接触点温升的影响。