CN115758492B 一种基于三维cad的fdtd共形网格自动生成方法及装置 （山东大学）

一种基于三维CAD的FDTD共形网格自动生成三维CAD的FDTD共形网格自动生成方法，包括以下步骤：利用CAD软件生成基于三角面元的三维据FDTD网格线对所述三维模型进行纵向射线扫2根据FDTD网格线对所述三维模型进行纵向射线扫描和横向面扫描，将边界格子的几何信息和材料信息带入3D_CP_EP算法公式组，同时计;;与4.根据权利要求1所述的基于三维CAD的FDTD共形网格5.一种基于三维CAD的FDTD共形网格自动生述FDTD参数设置数据读取模块用于读取由CAD软件生成的基于三角面元的三维模型，并在3[0001]本发明属于电磁场数值计算领域，具体涉及一种FDTD共形网格的生成方法及装[0002]电磁场的时域有限差分法(FDTD)直接在时间域求解麦克斯韦方程组或者波动方许多FDTD共形网格技术已经被落地到商业软件上。其中具有代表性的FDTD仿真软件为等效介电常数法(Two_dimensionContourPathEffectivePermittivity简写为2D_CP_EP)、体积平均极化等效介电常数法(Volume_averagePolarizedEffective积分定律和安培积分定律推导出了可用于三维FDTD的三维轮廓等效介电常数共形网格计[0005]本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于三维CAD的FDTD共形网格自4[0006]利用CAD软件生成基于三角面元的三维模型，在所述三维模型上划分FDTD的网格ε其几何意义为将电场投影到法向量方向之后的模块用于读取由CAD软件生成的基于三角面元的三维模型，并在所述三维模型上划分FDTD5[0025]图8为Lum软件默认共形网格与本发明方法生成的共形网格在仿真DC耦合器时的则在一个格子内会用更加精确的估算方法，例如2D_CPEP法就考虑了一个网格内的同种材6[0037]为单位矩阵，其几何意义为将电场投影到法向量方向之后的矢量，如[0040]本发明提出的3D_CP_EP共形网格算法(三维轮廓等效介电常数法)的理论出发点[0046]图2中(a)展示了一个z分量网格被两种材料填充的情况，材料分界面与格子的交l2和l2，两种材料分界面与EF交点处的法向量为令[0049]和分别为介质1和介质2中的均匀电位移矢量，等效后的均匀电场位移矢量[0051]之后根据图2中(c)的方式，除了中心点以外的电场用中心点的电场重新命名为其他电场则命名为o,于是根据中心点材料εs，SP将与其相关的面积占比重新命名为rs，SP，为了处理两种以上材料填充的情况，其他材料直接使用面积占比加权平均计算出7[0055]上式中如图2中(d)所示，在线段EF上对电场积[0057]同理如图2中(d)所示，根据采样点处的材料，对公式(3)变量的下标重新命名得消去E,o得到：+rl[0064]基于3D_CP_EP共形网格算法，本发明提供一种基于三维CAD的FDTD共形网格自动体)交于Z0和Z1点，及交点处三角面元的外法向量iro,ir:再通过z方向网格对线段Z0Z1进三角面元的外法向量irn,irz和irs,同时扫描面上的网格线所划分的格子对扫描出的多边8[0067]1.读取由CAD软件生成的基于三角面元的三维图形文件，例如*.STL文件，设置单逻辑将边界和非边界区分开，使得步骤2的复杂计算只涉及边界格子从而降低整体复杂[0069]3.将步骤2中计算的边界格子的材料信息和几何信息带入3D_CP_EP共形网格算读取模块用于读取由CAD软件生成基于三角面元的三维模型，并在三维模型上划分FDTD的为Windows11。对比商业软件以及其发布版本：AnsysLumerical2020R2FDTDSolverVersion8.24.2387(Windows64bit)，对比软件的共形网格类型为conformalvariant0(Lum_CV_0)。表1中Lumerical网格生成器占用CPU时间为软件输出的log文件中给的LumericalFDTDSolver的网格生成器要快上许多，在输出网格数量超过1e7级别时，LumericalFDTD网格生成需要的时间大幅增加。此外还测试了在不同网格分辨率下，3D_CP_EP共形网格生成器与对比软件剖分圆环体的速度，对比数据如图6所示，横坐标为Vregion为仿真空间体积，仿真空间设置为立方体，Vcell为均匀网格下9CP_EP在66分辨率时在ThroughMonitor上监视基模频域的向前(x正方向)传输率。图7中[0082]从图8中(c)和(d)可以看出3D_CP_EP共形网格生成器在网格质