電磁場數值分析中通用幾何模型的建立
秦申蓓
（東南大學，江蘇 南京 210096）
摘要：運用面向對象的分析方法和設計技術，建立了電氣設備的通用幾何模型。該模型合理地提煉出各種電氣設備在幾何結構上的共有特征，按照層次劃分，自下而上、從簡至繁地對它們的結構進行了合理的分析與研究。用visual c++s.o開發了windows 9x和windows nt操作平臺的通用電氣設備幾何模型分析軟件包，具有通用性
強、結構規范、人機界面友好等優點。適用于電機、變壓器和其他電氣設備的計算與分析。
關鍵詞；電氣設備；幾何模型；面向對象技術
中圖分類號：tm155 文獻標識碼；a 文章編號：1001-6848(2000)04-0013-03
1 引 言
在分析電氣設備的電氣性能時，必須對其中的物理場，如電磁場、溫度場，有一個正確的認識。與解析法相比，應用數值方法求解電氣設備中的物理場時，能得到更為精確的結果。隨著計算機技術的日益普及與提高，該途徑也變得越來越有效而可行，且如今已被大多數工程專家和科研工作者所接受。在諸多的數值方法中，有限元方法是最實用最有效的一種方法，它尤其適用于那些具有多種邊界條件的、幾何結構復雜的、多介質、多連通區域。但是在該方法的前期數據準備中，如何依靠計算機自動地在各種區域中生成有限元網格的問題一直未得到較好的解決[1-2]。
現有的有限元網格生成器在處理電氣設備時，首先是針對具體的設備讀入實體的幾何參數，然后再根據具體的設備模型生成計算機可以識別的具有特定格式的數據文件，再由網絡生成器讀入并進行有限元網格的剖分。在對實際工程應用中，這種方法將導致如下困難：①電氣設備類型繁多，而各種電氣設備的幾何結構參數的類型和數目也不盡相同，難以建立一個通用、簡潔的幾何模型。即使建立了，相應的程序也是龐大而復雜，維護性差，裎序的健壯性根本無法得到保證。②前處理中所需輸入的原始數據較多，輸出數據文件的內容也較復雜，手工工作量依然巨大，操作極易出錯，嚴重阻礙了有限元法在工程技術中的普遍推廣使用。因此，開發一套通用性強、結構規范、操作方便、占用資源小的電機通用幾何模型分析軟件包就顯得相當重要[3]。
面向對象技術oot 是一個用于分析、設計和實現軟件系統的過程和方法，它模似了人類認識客觀世界的思維方式，綜合應用“抽象、封裝、繼承”等技術，以較簡單的方法實現對一個復雜對象的描述，以較簡單的步驟實現復雜的功能。在oot基礎上編制出來的軟件能較好地適應工作需要的變動，程序的維護更簡單、更方便。
本文介紹了一種直接基于電氣設備典型結構特征的通用幾何模型。它應用實體造型系統中常用的b-rep方法，參照面向對象的技術，采用統一的模型來描述不同類型的電氣設備幾何特征，改模型具有通用性強、結構規范等特點。所編制的應用軟件包，能運行于windows 9x和windows nt操作平臺上，具有非常友好的人機界面，且自動化程度極高。
2 電氣設備通用幾何模型
2.1 幾何模型的拓撲結構
本軟件構造了一個類似于計算機圖像處理中常用到的實體造型系統sms (solid modelingsystem)，由它約定對實體的幾何結構的分類、各子類中具體結構參數的相關描述、某類實體通用的幾何模型及基于該幾何模型定義下的屬性信息，并以此作為集成化有限元網格生成器的輸入信息。本系統在sms與后續軟件模塊進行信息交換的標準接口中，采用嚴格的統一格式的數據文件作為接口，有力的保證了數據傳送的正確性。實體模型通常的表述方法有邊界表述法(b-rep)和構造實體幾何表述法(csg-rep)。由于本系統主要是為電機二維有限元網格生成服務的，因此使用b-rep方法更為合適。
b-rep方法用點、線、面結構及其拓撲關系來表述一個實體。例如，對于任意類型的電機，它們的共同特征是都具有定子鐵心、轉子鐵心、定子槽、轉子槽或阻尼孔、氣隙、轉子繞組等區域，以這些區域為基本元素足以組成1臺實際的電機，且不論該電機為何種類型。逮些區域的共同特征是由一條外邊界和數條內邊界組成的，邊界是由線段和圓弧組成的，線段或圓弧由點組成，節點是模型中的最基本元素。所以，在描述1臺具體的電機幾何結構特性時，節點為基本元素構成線段和圓弧，線段和圓弧構成邊界，邊界構成區域，區域構成整臺電機。這一具體過程是，先自上至下地細化整個系統，再自下至上地對整個系統進行組合。通過 |
