电磁场数值分析中通用几何模型的建立
秦申蓓
（东南大学，江苏 南京 210096）
摘要：运用面向对象的分析方法和设计技术，建立了电气设备的通用几何模型。该模型合理地提炼出各种电气设备在几何结构上的共有特征，按照层次划分，自下而上、从简至繁地对它们的结构进行了合理的分析与研究。用visual c++s.o开发了windows 9x和windows nt操作平台的通用电气设备几何模型分析软件包，具有通用性
强、结构规范、人机界面友好等优点。适用于电机、变压器和其他电气设备的计算与分析。
关键词；电气设备；几何模型；面向对象技术
中图分类号：tm155 文献标识码；a 文章编号：1001-6848(2000)04-0013-03
1 引 言
在分析电气设备的电气性能时，必须对其中的物理场，如电磁场、温度场，有一个正确的认识。与解析法相比，应用数值方法求解电气设备中的物理场时，能得到更为精确的结果。随着计算机技术的日益普及与提高，该途径也变得越来越有效而可行，且如今已被大多数工程专家和科研工作者所接受。在诸多的数值方法中，有限元方法是最实用最有效的一种方法，它尤其适用于那些具有多种边界条件的、几何结构复杂的、多介质、多连通区域。但是在该方法的前期数据准备中，如何依靠计算机自动地在各种区域中生成有限元网格的问题一直未得到较好的解决[1-2]。
现有的有限元网格生成器在处理电气设备时，首先是针对具体的设备读入实体的几何参数，然后再根据具体的设备模型生成计算机可以识别的具有特定格式的数据文件，再由网络生成器读入并进行有限元网格的剖分。在对实际工程应用中，这种方法将导致如下困难：①电气设备类型繁多，而各种电气设备的几何结构参数的类型和数目也不尽相同，难以建立一个通用、简洁的几何模型。即使建立了，相应的程序也是庞大而复杂，维护性差，裎序的健壮性根本无法得到保证。②前处理中所需输入的原始数据较多，输出数据文件的内容也较复杂，手工工作量依然巨大，操作极易出错，严重阻碍了有限元法在工程技术中的普遍推广使用。因此，开发一套通用性强、结构规范、操作方便、占用资源小的电机通用几何模型分析软件包就显得相当重要[3]。
面向对象技术oot 是一个用于分析、设计和实现软件系统的过程和方法，它模似了人类认识客观世界的思维方式，综合应用“抽象、封装、继承”等技术，以较简单的方法实现对一个复杂对象的描述，以较简单的步骤实现复杂的功能。在oot基础上编制出来的软件能较好地适应工作需要的变动，程序的维护更简单、更方便。
本文介绍了一种直接基于电气设备典型结构特征的通用几何模型。它应用实体造型系统中常用的b-rep方法，参照面向对象的技术，采用统一的模型来描述不同类型的电气设备几何特征，改模型具有通用性强、结构规范等特点。所编制的应用软件包，能运行于windows 9x和windows nt操作平台上，具有非常友好的人机界面，且自动化程度极高。
2 电气设备通用几何模型
2.1 几何模型的拓扑结构
本软件构造了一个类似于计算机图像处理中常用到的实体造型系统sms (solid modelingsystem)，由它约定对实体的几何结构的分类、各子类中具体结构参数的相关描述、某类实体通用的几何模型及基于该几何模型定义下的属性信息，并以此作为集成化有限元网格生成器的输入信息。本系统在sms与后续软件模块进行信息交换的标准接口中，采用严格的统一格式的数据文件作为接口，有力的保证了数据传送的正确性。实体模型通常的表述方法有边界表述法(b-rep)和构造实体几何表述法(csg-rep)。由于本系统主要是为电机二维有限元网格生成服务的，因此使用b-rep方法更为合适。
b-rep方法用点、线、面结构及其拓扑关系来表述一个实体。例如，对于任意类型的电机，它们的共同特征是都具有定子铁心、转子铁心、定子槽、转子槽或阻尼孔、气隙、转子绕组等区域，以这些区域为基本元素足以组成1台实际的电机，且不论该电机为何种类型。逮些区域的共同特征是由一条外边界和数条内边界组成的，边界是由线段和圆弧组成的，线段或圆弧由点组成，节点是模型中的最基本元素。所以，在描述1台具体的电机几何结构特性时，节点为基本元素构成线段和圆弧，线段和圆弧构成边界，边界构成区域，区域构成整台电机。这一具体过程是，先自上至下地细化整个系统，再自下至上地对整个系统进行组合。通过 |
