Закривљени континуално нехомогени и неизотропни коначни елементи вишег реда за великодоменско електромагнетско моделовање
Curved continuously inhomogeneous and anisotropic higher order finite elements for large-domain electromagnetic modeling
Докторанд
Savić, SlobodanМентор
Ilić, MilanЧланови комисије
Đorđević, AntonijeNotaroš, Branislav
Kolundžija, Branko
Olćan, Dragan
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Савремено друштво се у великој мери ослања на електронске сервисе, уређаје
и системе. За успешно разумевање начина рада постојећих електронских уређаја и
система, као и приликом пројектовања нових, неопходно је спровести
одговарајућу електромагнетску (ЕМ) анализу. У већини случајева ЕМ анализу
није могуће спровести аналитички, а до решења се тада мора доћи на неки други
начин, најчешће нумеричком електромагнетиком. Метода коначних елемената
(finite element method, FEM) представља једну од најпопуларнијих техника
нумеричке електромагнетике.
Са развојем технике и технологије пред FEM се стално постављају све
изазовнији захтеви, као што су: ефикасно и тачно моделовање континуално
нехомогених неизотропних средина, ефикасна просторна сегментација са високом
тачношћу резултата, ефикасно моделовање отворених ЕМ проблема и
имплементација прилагођена новим рачунарски системима. Како би се остварили
савремени захтеви, основне формулације и имплементације FEM методе, познате
од раније, морају се ...стално унапређивати. У овој дисертацији описано је
нумеричко моделовање континуално нехомогених неизотропних средина FEM
методом. Тензори параметара континуално нехомогених неизотропних средина
добијени су применом теорије трансформационе електромагнетике, а описана је и
теорија трансформационе електромагнетике у векторској и тензорској нотацији
прилагођеној инжењерима. Како би се проширио дијапазон проблема који се могу
решити FEM методом, описано је моделовање отворених ЕМ проблема, а посебно
су продискутовани детаљи у вези са апсорпционим граничним условом (absorbing
boundary condition, ABC). У циљу постизања резултата високе тачности
предложено је ново просторно мапирање великих закривљених коначних
елемената. Како би се боље искористили тренутно расположиви рачунарски
ресурси, спроведена је и паралелизација делова рачунарског кода FEM методе...
Modern society is heavily reliant on electronic services, devices and systems. When
analyzing functionality of existing electronic devices and systems, as well as when
designing a new one, it is necessary to perform adequate electromagnetic (EM) analysis.
In most cases, the EM analysis cannot be performed analytically, i.e., in a closed form,
and the solution must then be obtained in an alternative manner, usually employing
computational electromagnetics. The finite element method (FEM) is one of the most
popular computational electromagnetics techniques.
With rapid development of technology, FEM is constantly confronted with
increasingly challenging requirements such as: efficient and accurate modeling of
continuously inhomogeneous and anisotropic media, efficient meshing for high
accuracy results, efficient modeling of open EM problems and programming
appropriate for the new computer architectures. In order to achieve these new
requirements, basic FEM formulations and implementations..., used in the past, must be
constantly improved. In this dissertation, we propose, present and evaluate numerical
modeling of continuous inhomogeneous and anisotropic media by the FEM. The
parameters of continuously inhomogeneous and anisotropic media tensors in the
presented models are obtained by transformation electromagnetics. In addition, the
transformation electromagnetics is presented in a novel fashion, where vector and tensor
notations are adapted for engineers. Moreover, to extend the range of problems that can
be solved by the FEM technique, modeling of open EM problems is described with
special emphasis on the absorbing boundary condition (ABC). In addition, novel spatial
mapping of large curved finite elements for achieving high accuracy of results is also
proposed and evaluated. Finally, for more efficient use of currently available computing
resources, existing FEM computer code is partially parallelized.