雷电直击时结构近区电磁环境仿真算法研究及其系统开发.pdf

分类号学号 M200971333
学校代码 10487 密级




硕士学位论文

雷电直击时结构近区电磁环境仿真
算法研究及其系统开发
学位申请人: 杨金军
学科专业: 工程力学
指导教师: 蒙培生副教授
答辩日期: 2012 年 2 月 8 日
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the
Requirements for the Degree of Master of Engineering




Study on the Simulation Algorithm and the Simulation
System Development of Direct Lightning
ic Environment



Candidate : Yang Jinjun
Major : Engineering Mechanics
Supervisor : Prof. Meng Peisheng


Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P. R. China
February, 2012
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或
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文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:

日期: 年月日


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不保密□。
(请在以上方框内打“√”)

学位论文作者签名: 指导教师签名:

日期: 年月日日期: 年月日
摘要
雷电是一种强烈的放电现象,其具有超大电流、超高温度、超高电压等特征,
使得雷电发生时瞬间释放出极强电流、强大的电磁脉冲,不可避免地对各种重大工
程装备造成巨大的破坏作用,从而导致各种重要设备特别是电子设备严重失灵甚至
损毁。
当前,在航天发射领域中,各种电子器件在通信、计算、测量等仪器中大量使
用,这些设备对各类电磁干扰的敏感度越来越高,导致当前普通工程结构的防雷措
施不能满足这些重大工程结构内部电子设备的防雷需求,因此,研究雷电电磁环境
下的电磁兼容性问题、开发面向重大工程结构雷电防护的仿真系统,以探索抵御雷
电电磁干扰的方法和措施是国民经济发展的迫切需要,对于国家发展具有重要的现
实意义。
本文结合课题项目的要求,在全面总结现有研究成果的基础上,针对当前理论
研究及其工程化应用的不足,在仿真算法理论及其仿真系统开发方面进行了深入的
研究。
在理论研究方面,着重讨论了依据雷电流频谱分布和能量分布的分频段指数傅
里叶变换的计算方法,对不同标准下雷电流波和不同雷电流注入点对结构导体电流
分布和内部磁场分布的影响进行了基础性分析,对仿真计算过程出现的某些难以预
测的现象予以了解释;
在系统开发方面,结合面向重大工程雷电防护的仿真系统的实际需求,重点阐
述了系统开发工具的选取,前处理模块、电流分布计算模块及磁场分布计算模块的
开发流程等。

关键词:雷电;电流分布;磁场分布;影响因素;系统开发

I
Abstract
Lightning is a strong discharge phenomenon, it has obvious features as large current,
high temperature, high voltage .etc. At the lightning occurs moment release is extremely
strong current, powerful ic pulse, inevitably to all sorts of important
engineering equipment caused great damage, leading to v