No description available.

No description available.

The discontinuous Galerkin finite element time-domain (DGFETD) method has been successfully applied to the solution of the coupled curl Maxwell’s equations. In this dissertation, important extensions to the DGFETD method are provided, including the ability to model lumped circuit elements and the ability to model thin-wire structures within a discrete DGFETD solution. To this end, a hybrid DGFETD/SPICE formulation is proposed for high-frequency circuit simulation, and a hybrid DGFETD/Thin-wire formulation is proposed for modeling thin-wire structures within a three-dimensional problem space. To aid in the efficient modeling of open-region structures, a Complex Frequency Shifted-Perfectly Matched Layer (CFS-PML) absorbing medium is applied to the DGFETD method for the first time. An efficient CFS-PML method that reduces the computational complexity and improves accuracy as compared to previous PML formulations is proposed. The methods have been successfully implemented, and a number of test cases are provided that validate the proposed methods. The proposed hybrid formulations and the new CFS-PML formulation dramatically enhances the ability of the DGFETD method to be efficiently applied to simulate complex, state of the art radio frequency systems.

<p>The Discontinuous Galerkin time domain (DGTD) method is promising in modeling of realistic multiscale electromagnetic systems. This method defines the basic concept for implementing the communication between multiple domains with different scales.</p><p>Constructing a DGTD system consists of several careful choices: (a) governing equations; (b) element shape and corresponding basis functions for the spatial discretization of each subdomain; (c) numerical fluxes onto interfaces to bond all subdomains together; and (d) time stepping scheme based on properties of a discretized</p><p>system. This work present the advances in each one of these steps.</p><p> </p><p>First, a unified framework based on the theory of differential forms and the finite element method is used to analyze the discretization of the Maxwell's equations. Based on this study, field intensities (<bold>E</bold> and <bold>H</bold>) are associated to 1-forms and curl-conforming basis functions; flux densities (<bold>D</bold> and <bold>B</bold>) are associated to 2-forms and divergence-conforming basis functions; and the constitutive relations are defined by Hodge operators.</p><p>A different approach is the study of numerical dispersion. Semidiscrete analysis is the traditional method, but for high order elements modal analysis is prefered. From these analyses, we conclude that a correct discretization of fields belonging to different p-form (e.g., <bold>E</bold> and <bold>B</bold>) uses basis functions with same order of interpolation; however, different order of interpolation must be used if two fields belong to the same p-form (e.g., <bold>E</bold> and <bold>H</bold>). An alternative method to evaluate numerical dispersion based on evaluation of dispersive Hodge operators is also presented. Both dispersion analyses are equivalent and reveal same fundamental results. Eigenvalues, eigenvector and transient results are studied to verify accuracy and computational costs of different schemes. </p><p>Two different approaches are used for implementing the DG Method. The first is based on <bold>E</bold> and <bold>H</bold> fields, which use curl-conforming basis functions with different order of interpolation. In this case, the Riemman solver shows the best performance to treat interfaces between subdomains. A new spectral prismatic element, useful for modeling of layer structures, is also implemented for this approach. Furthermore, a new efficient and very accurate time integration method for sequential subdomains is implemented.</p><p>The second approach for solving multidomain cases is based on <bold>E</bold> and <bold>B</bold> fields, which use curl- and divergence-conforming basis functions, respectively, with same order of interpolation. In this way, higher accuracy and lower memory consumption are obtained with respect to the first approach based on <bold>E</bold> and <bold>H</bold> fields. The centered flux is used to treat interfaces with non-conforming meshes, and both explicit Runge-Kutta method and implicit Crank-Nicholson method are implemented for time integration. </p><p>Numerical examples and realistic cases are presented to verify that the proposed methods are non-spurious and efficient DGTD schemes.</p> / Dissertation

Disertační práce se zabývá modelováním dispersních materiálů metodou konečných prvků v časové oblasti. V práci jsem navrhl matematický model zahrnující dispersní modely a aplikoval jsem na něj metodu konečných prvků. Pozornost jsem věnoval třem nejvíce používaným dispersním modelům. Jedná se o Debyeho model, Lorentzův model a Drudův model. Dále jsem se zabýval technikami implementace těchto dispersních modelů. Techniky jsem zabudoval do metody konečných prvků. Navíc jsem vyvinul novou metodu založenou na technice digitální filtrace. Funkčnost vyvinutých metod a technik jsem ověřil na řadě testovacích příkladů. Diskutoval jsem dosažené výsledky a navrhuji jejich možná vylepšení.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε και προσομοιώθηκε η επίδραση των μεταβατικών φαινομένων σε μεταλλικές κατασκευές. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν οι επιπτώσεις της πτώσης ενός κεραυνού σε ένα πλοίο. Για την πραγματοποίηση αυτής της μελέτης χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα προσομοίωσης emp3 , το οποίο έχει κατασκευασθεί από την εταιρία field precision και είναι κατάλληλο για τη μελέτη τέτοιων φαινομένων. Το emp3 στηρίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων στο πεδίο του χρόνου (FETD-FINITE-ELEMENT-TIME-DOMAIN) και καταλήγει σε συμπεράσματα με πλήρη επίλυση των εξισώσεων του Maxwell χρησιμοποιώντας μια ψευδογλώσσα επιπέδου assembly .Στο υποπρόγραμμα mesh.exe σχεδιάστηκε ένα πλοίο και το περιβάλλον του και στη συνέχεια δημιουργήθηκε το αρχείο .ein στο οποίο χωρίστηκε η διάταξη σε διάφορες περιοχές ανάλογα με τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες της καθεμίας, με σκοπό να παρατηρήσουμε τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που δημιουργεί το μεταβατικό φαινόμενο (κεραυνικό πλήγμα) στις τρείς διαστάσεις. Τέλος, τρέξαμε το αρχείο .ein στο emp3.exe και παραθέσαμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης που προέκυψαν τόσο από το υποπρόγραμμα vemp3.exe όσο από το υποπρόγραμμα probe.exe και εξαγάγαμε κάποια συνολικά συμπεράσματα. Στο πρώτο Κεφάλαιο θα γίνει αναφορά στο φυσικό φαινόμενο του κεραυνού και συγκεκριμένα στους τρόπους δημιουργίας του,στις παραμέτρους του καθώς και στους παράγοντες που τον επηρεάζουν. Στο δεύτερο Κεφάλαιο θα γίνει ανάλυση των διεργασιών που ακολουθούν την πτώση ενός κεραυνού σε ένα πλοίο και συγκεκριμένα στις επαγόμενες τάσεις και στα παραγόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία καθώς και στις βλάβες που προκαλούνται τόσο στο πλοίο όσο και στα εξαρτήματα του. Στο τρίτο Κεφάλαιο θα γίνει ανάλυση του προγράμματος προσομοίωσης emp3 ,της μεθόδου στην οποία στηρίζεται ,της ψευδογλώσσας που χρησιμοποιεί και του έτοιμου παραδείγματος bdeflect με σκοπό την κατανόηση της διαδικασίας προσομοίωσης και των αποτελεσμάτων. Στο τέταρτο Κεφάλαιο θα γίνει η παρουσίαση της διαδικασίας προσομοίωσης και των αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα παρατείθεται η κατασκευή της γεωμετρίας του πλοίου και του περιβάλλοντος του,ο χωρισμός της συνολικής διάταξης σε περιοχές με διαφορετικά ηλεκτρομαγνητικά χαρακτηριστικά, η εισαγωγή του κώδικα στο emp3.exe τα αποτελέσματα που εξήχθησαν στα vemp3.exe και probe.exe καθώς και ορισμένα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη διεξαγωγή της παρούσας διπλωματικής εργασίας. / In this dissertation the effect of the transient phenomena in metallic structures was studied and simulated.Specifically. were studied the effects of a lighting stroke on a ship. In order to carry out this study,was used the simulation program emp3, which is manufactured by the company field precision and is suitable for the study of such phenomena. The emp3 program is based on the method FETD-FINITE-ELEMENT-TIME-DOMAIN and concludes with complete resolution of Maxwell's equations using a pseudocode level assembly.In the subprogram mesh.exe was designed the ship and its environment and then was created the .ein file, in which the construction was divided in different regions depending on the electromagnetic characteristics of each area, in order to observe the fields that were created by the transient phenomenon (lighting stroke), in three dimensions. Finally, we ran the file .ein in emp3.exe and presented the simulation results, which were obtained from both the subprogram vemp3.exe and the subprogram probe.exe and drew some overall conclusions. In the first chapter there will be a reference to the natural phenomenon of lightning strike and specifically to the ways of it's creation, its parameters and the factors that influence it.Ιn the second chapter there is the analysis of the processes, which follow the fall of a lightning stroke on a ship and specifically the induced voltages generated electromagnetic fields and also the harms caused both to the ship and it's components. In the third chapter there is the analysis of the simulation program emp3, the method which it is based on, the pseudocode which is used and the already existed example bdeflect in order to understande the process simulation and results.In the fourth chapter the simulation process and the results are given. Specifically, the construction of the geometry of the ship and its environment, the separation of the total provision in areas with different magnetic characteristics, the insertion of the code in emp3.exe,the results exported to vemp3.exe and probe.exe and some conclusions drawn during this thesis are presented.

No description available.