Finite element modeling of electromagnetic radiation/scattering problems by domain decomposition
Elektromanyetik ışınım/saçılım problemlerinin bölge ayrışımlı sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi
- Tez No: 199075
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA KUZUOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik Işınım/Saçılım, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Bölge Ayrışım Yöntemi, Tamamen Eşlenmiş Katman, Electromagnetic Radiation/Scattering, Finite Element Method, Domain Decomposition Method, Perfectly Matched Layer
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 333
Özet
Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY), gelişigüzel şekil ve materyal özelliklerinesahip cisimlerden oluşan açık-bölge elektromanyetik ışınım/saçılım problemleriiçin geçerli olan dalga yayılım denklemlerini çözen güçlü bir sayısal yöntemdir.Yüksek frekans uygulamalarındaki problemlerin SEY ile çözümü sırasında,elektriksel olarak büyük hesaplama bölgeleri, yani çok miktarda bilinmeyenortaya çıkmaktadır. Bu tip problemlerin sayısal olarak çözümü en sonteknolojiye sahip bilgisayarlarda bile mümkün olmamaktadır. Büyük SEYproblemini çözmenin bir yolu, Bölge Ayrışım Yöntemi (BAY)'ne başvurmaktır.BAY, büyük SEY problemini herbiri bağımsız olarak çözülebilen birbirine bağlıçok sayıda alt-probleme ayrıştırmakta ve böylece bellek ihtiyacını da büyükölçüde azaltmaktadır. Bu tezde, iki ve üç boyutlu ışınım/saçılım problemlerininSEY ile çözümü için iki yeni BAY geliştirilmiştir (FB-DDM ve ILF-DDM). Buamaçla, iki boyutlu problemler için üçgen elemanlar kullanan bir SEY programı(FEMS2D); üç boyutlu problemler için ise yüzeyleri üçgen olan dört yüzlü kenarelemanlar kullanan bir SEY programı (FEMS3D) geliştirilmiştir. Işınım/saçılımprobleminin sınırsız bölgesi ve BAY'lerdeki alt-bölgelerin sınırları, soğuran birkatman olan Tamamen Eşlenmiş Katman (TEK) ile sonlandırılmaktadır. TEK,iki yeni yaklaşımla dizayn edilmektedir: Yerel-uyumlu TEK ve Çok-merkezliTEK. Bu yöntemler, hesaplanması zor ve süreksiz eğriliğe sahip şekillerüzerindeki konformal TEK tasarımını mümkün kılan yerel-tanımlı bir komplekskoordinat dönüşümüne dayanmaktadır. Ayrıca, bu yöntemlerin uygulanabilmesiiçin kompleks düğümsel koordinatlara sahip elemanlar kullanılmasına dayanankompleks uzay SEY kavramı sunulmaktadır. BAY'lerin ve TEK yöntemlerininbaşarısı çok sayıda uygulamada sayısal olarak incelenmektedir.
Özet (Çeviri)
The Finite Element Method (FEM) is a powerful numerical method to solvewave propagation problems for open-region electromagnetic radiation/scatteringproblems involving objects with arbitrary geometry and constitutive parameters.In high-frequency applications, the FEM requires an electrically largecomputational domain, implying a large number of unknowns, such that thenumerical solution of the problem is not feasible even on state-of-the-artcomputers. An appealing way to solve a large FEM problem is to employ aDomain Decomposition Method (DDM) that allows the decomposition of a largeproblem into several coupled subproblems which can be solved independently,thus reducing considerably the memory storage requirements. In this thesis, twonew domain decomposition algorithms (FB-DDM and ILF-DDM) areimplemented for the finite element solution of electromagneticradiation/scattering problems. For this purpose, a nodal FEM code (FEMS2D)employing triangular elements and a vector FEM code (FEMS3D) employingtetrahedral edge elements have been developed for 2D and 3D problems,respectively. The unbounded domain of the radiation/scattering problem, as wellas the boundaries of the subdomains in the DDMs, are truncated by the PerfectlyMatched Layer (PML) absorber. The PML is implemented using two newapproaches: Locally-conformal PML and Multi-center PML. These approachesare based on a locally-defined complex coordinate transformation which makespossible to handle challenging PML geometries, especially with curvaturediscontinuities. In order to implement these PML methods, we also introduce theconcept of complex space FEM using elements with complex nodal coordinates.The performances of the DDMs and the PML methods are investigatednumerically in several applications.
Benzer Tezler
- Two dimensional modeling of electromagnetic radiation and scattering by spectral element method
Spektral element methoduyla iki boyutlu elektromanyetik radyasyon ve saçılma modellenmesi
IBRAHIM MAHARIQ
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. IŞIK HAKAN TARMAN
PROF. DR. MUSTAFA KUZUOĞLU
- Modeling and simulation of electromagnetic problems via the transmission line matrix method
İletim hattı matrisi yardımı ile elektromanyetik problemlerin modellenmesi ve simülasyonu
MEHMET ORHAN ÖZYALÇIN
Doktora
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN TOPUZ
- EM diffraction modeling with numerical methods
Nümerik metotlarla elektromanyetik kırınım modelleme
MEHMET ALPER USLU
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDoğuş ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN TOPUZ
- Finite element modeling of electromagnetic scattering problems via hexahedral edge elements
Elektromanyetik saçılma problemlerinde altıyüzlü kenar elemanları ile sonlu eleman modellemesi
ASIM EGEMEN YILMAZ
Doktora
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KUZUOĞLU
- Numerical evaluation of electromagnetic fields in human body
Elektromagnetik dalgaların insan vücudu içerisinde dağılımın numerik olarak hesaplanması
TAMER COŞKUN
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL ÖZMEHMET