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首页CAD技术提升复杂三维粒子模拟建模实用性能
本文主要探讨了"用CAD技术实现复杂三维粒子模拟建模"这一主题,发表于2012年第2期的《电子科技大学学报》上。作者周俊、廖臣、刘大刚、吴振华和张开春来自电子科技大学物理电子学院,他们针对真空电子学中的微波源、毫米波源和太赫兹源等复杂设备的建模需求,提出了一种创新性的应用计算机辅助设计(CAD)技术的方法。CAD技术在粒子模拟中的运用显著提高了模型的实用性和效率。 他们采用了面向对象和模块化的设计策略,开发了一套三维粒子模拟CAD建模系统。这个系统的关键特性在于其可视化建模功能,允许用户直观地创建和编辑复杂的粒子器件模型,而无需深入理解底层的数学原理。此外,系统还能够自动生成供核心计算程序使用的器件参数描述文件,简化了数据交换和处理过程。 通过实例,他们分别在圆柱坐标系和直角坐标系下,使用这套系统对磁绝缘线振荡器和扩展互作用振荡器进行了模拟。结果显示,这种三维粒子模拟CAD建模系统在实际应用中表现出极高的实用性,能够在各种复杂的粒子模拟场景中准确且高效地进行建模。 本文的关键词包括计算机辅助设计(CAD)、扩展互作用振荡器、磁绝缘线振荡器以及粒子模拟,这些关键词突出了研究的核心内容和技术领域。整个研究不仅提升了粒子模拟的工程应用能力,也为同类问题的建模提供了新的设计思路和技术支持。 这篇论文是CAD技术在现代粒子物理学中的一个成功案例,它展示了如何通过CAD工具优化粒子模拟过程,提高科研效率,并推动了该领域内的技术创新。对于那些从事粒子物理学、真空电子学或CAD软件开发的人来说,这篇文章提供了宝贵的实践经验和理论指导。
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第 41 卷 第 2 期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.41 No.2
2012年3月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Mar. 2012
用CAD技术实现复杂三维粒子模拟建模
周 俊,廖 臣,刘大刚,吴振华,张开春
(电子科技大学物理电子学院 成都 610054)
【摘要】将计算机辅助设计技术用于粒子模拟建模,能极大地提高粒子模拟方法的实用性。在对复杂真空电子学微波源、
毫米波源和太赫兹源的建模需求分析基础上,采用面向对象和模块化设计方法,实现了三维粒子模拟CAD建模系统。该系统
可以对各类复杂器件进行可视化建模,并生成提供给核心计算程序使用的器件参量描述文件。使用该系统分别在圆柱坐标系
和直角坐标系下建模,模拟了磁绝缘线振荡器和扩展互作用振荡器。结果表明,三维粒子模拟CAD建模系统具有很好的实用性。
关 键 词 计算机辅助设计; 扩展互作用振荡器; 磁绝缘线振荡器; 粒子模拟
中图分类号 O462.4; TP391.72 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2012.02.014
Using CAD Technique to Realize the Complex
Three-Dimensional Modeling for PIC Simulation
ZHOU Jun, LIAO Chen, LIU Da-gang, WU Zhen-hua, and ZHANG Kai-chun
(School of Physical Electronics, University of Electronics Science and Technology of China Chengdu 610054)
Abstract Expanding application of computer-aided design (CAD) technique to the particle-in-cell (PIC)
simulation will greatly make a large space towards the practicability of PIC method. Using object-oriented and
modularized design methods, a three-dimensional CAD system for PIC simulation is realized based on the analysis
of the requirement of modeling complex vacuum electronic microwave sources, millimeter-wave sources, and
terahertz sources. The CAD system can visually model various complex devices and generate the parameter
description file for the kernel calculation. Using this system, a magnetically insulated transmission line oscillator
(MILO) and an extended interaction oscillator (EIO) are modeled and simulated in cylindrical and Cartesian
coordinates respectively. The results show the practicability of the three-dimensional CAD system for PIC
simulation .
Key words computer-aided design technology; extended interaction oscillator; magnetically insulated
transmission line oscillator; PIC simulation
收稿日期:
2010 03 17; 修回日期:
2011 12 02
基金项目:中央高校基本科研业务费(ZYGX2011J037)
作者简介:周俊(1980 ),男,博士,主要从事电磁粒子模拟方法方面的研究.
基于真空电子学的微波源、毫米波源和太赫兹
源研究对理论和实际都有重大的意义。但由于这些
器件中许多物理问题均为非线性耦合问题,仅仅依
靠传统的解析方法和线性分析很难得到准确的结
果。特别是对于具有复杂几何结构和工作条件的器
件,只能借助于数值方法。
粒子模拟(particle-in-cell, PIC)方法
[1-3]
是研究带
电粒子与电场和磁场相互作用过程的重要数值模拟
方法,在很多方面显示出独特的优越性。尤其是在
解决具有复杂结构器件的注波互作用问题时,其优
点更为突出。由于粒子模拟方法需要将模拟计算在
空间上和时间上离散化,并考虑各种不同的初始条
件和边界条件,才能进行完整的模拟计算。因此,
粒子模拟计算程序需要器件的参量描述文件,其中
必须包括模型的网格离散化、结构组成、初始条件
和边界条件等信息。为了达到实用,有时模拟控制、
实时诊断和数据后处理等信息也是必不可少的。将
以上实用信息生成的工作称为器件的粒子模拟建模。
CAD(computer-aided design)软件技术可以用来
完成各种复杂的建模工作,并且可以提供友好的可
视化用户界面,大大减少用户的工作量,降低工作
的复杂程度并减少错误
[4]
。粒子模拟方法和CAD技
术的结合是粒子模拟方法走向实用化的一个重要步
骤。文献[5]基于面向对象的CAD建模系统设计思
路,实现了三维粒子模拟CAD建模系统。该系统可
以对各类复杂器件进行可视化建模,并生成提供给
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