一种基于自适应时间步长的瞬变电磁‑温度场耦合计算方法

摘要

本发明提出一种基于自适应时间步长的瞬变电磁‑温度场耦合计算方法。采用指数平滑法预测电磁‑温度场耦合时间节点。并在两耦合时间节点间，通过预测‑校正法和响应特征值计算电磁场和温度场最佳离散步长。与传统等步长耦合方法对比，电磁、温度场均使用最佳的离散步长，避免了温度场过频的计算，减小计算时间。最后，以通电铜导环为例，采用自适应步长耦合计算铜导体在交流电下0.1s内温升，比传统等步长耦合方法时间减小20％，证明该方法的有效性。

主权项

一种基于自适应时间步长的瞬变电磁‑温度场耦合计算方法，其特征在于包括以下步骤：1)、初始化：首先建立分析对象的电磁场和温度计算有限元模型，并给定电磁场计算中的磁导率、电阻率和温度场计算的比热容、导热率等材料参数，最后施加初始条件、边界及载荷；2)、耦合时间点确定：采用温度场触发热量来判断电磁温度场耦合时间节点，首先电磁‑温度场采用较小步长耦合三次，用来获取温度场触发热量Q_pre的预测数据，然后采用指数平滑法预测温度场触发热量，通过触发热量判断耦合时间节点；3)、电磁场自适应步长计算：通过载荷离散误差和响应特征值确定电磁场载荷最佳离散的步长△t_n^E，启动电磁场，采用最佳离散步长计算，当电磁场累积热量达到温度场触发热量时，暂停电磁场计算；4)、温度场自适应步长计算：同3)中，通过载荷离散误差和响应特征值确定电磁场载荷最佳离散的步长△t_n^T，将电磁场计算平均热功率作为载荷加至温度场，当温度场计算时间与电磁场同步时，暂停温度场计算，更新电磁场节点温度，并进行下一时间步的温度场触发热量计算，反复迭代计算至最终时间。