矩形波导模式和场结构分析毕业设计论文
毕业设计（论文）题目：矩形波导模式和场结构分析
目录
第一章绪论 (1)
1.1 选题背景及意义 (3)
1.2 国内外研究概况及发展趋势 (3)
1.3 本课题研究目标及主要内容 (4)
1.4 本章小结 (6)
第二章矩形波导的基本原理 (7)
2.1 导波的一般分析 (7)
2.1.1规则矩形波导内的电磁波 (7)
2.1.2波导传输的一般特性 (8)
2.2 矩形波导的分析 (8)
2.2.1矩形波导电磁场解 (8)
2.2.2矩形波导中的波型及截止波长 (11)
2.3 本章小结 (12)
第三章矩形波导的设计 (13)
3.1 创建矩形波导模型 (13)
3.2 求解设置 (20)
3.3 设计检查和运行仿真 (22)
3.3.1设计检查 (22)
3.3.2运行仿真分析 (23)
3.4 本章小结 (24)
第四章HFSS仿真结果及其分析 (25)
4.1 HFSS软件仿真原理 .............................. 错误！未定义书签。
4.2 HFSS仿真实现 (26)
4.3 仿真结果分析 (32)
4.4 本章小结....................................... 错误！未定义书签。第五章小结与展望 .. (33)
5.1 工作总结 (33)
5.2 工作展望 (33)
参考文献 (33)
致谢 (35)
附录 A 常用贝塞尔函数公式错误！未定义书签。
矩形波导模式和场结构分析
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
矩形波导(circular waveguide)简称为矩波导，是截面形状为矩形的长方形的金属管。若将同轴线的内导线抽走，则在一定条件下，由外导体所包围的矩形空间也能传输电磁能量，这就是矩形波导。矩波导加工方便，具有损耗小和双极化特性，常用于要求双极化模的天线的馈线中，也广泛用作各种谐振腔、波长计，是一种较常用的规则金属波导。
矩波导有两类传输模式,即TM 模和TE 模。其中主要有三种常用模式，分别是主模TE 11模、矩对称TM 01模、低损耗的TE 01模。在不同工作模式下，截止波长、传输特性以及场分布不尽相同，同时，各种工作模式的用途也不相同。导模的场描述了电磁波在波导中的传输状态，可以通过电力线的疏密来表示场得强与弱。
本毕业课题是分析矩形波导中存在的模式、各种模式的场结构和传播特性，着重讨论11TE 、01TE 和01TM 三个常用模式，并利用MATLAB 和三维高频电磁仿真软件HFSS 可视化波导中11TE 、01TE 和01TM 三种模式电场和磁场波结构。 1.2国内外研究概况及发展趋势
由于电磁场是以场的形态存在的物质，具有独特的研究方法，采取重叠的研究方法是其重要的特点，即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证，才可以认为是获得了正确可信的结论。时域有限差分法就是实现直接对电磁工程问题进行计算机模拟的基本方法。在近年的研究电磁问题中，许多学者对时域脉冲源的传播和响应进行了大量的研究，主要是描述物体在瞬态电磁源作用下的理论。另外，对于物体的电特性，理论上具有几乎所有的频率成分，但实际上，只有有限的频带内的频率成分在区主要作用。
英国物理学家汤姆逊(电子的发现者) 在1893 年发表了一本论述麦克斯韦电磁理论的书,肯定了矩金属壁管子(即矩波导) 传输电磁波的可实现性, 预言波长可与矩柱直径相比拟, 这就是微波。他预言的矩波导传输, 直到1936 年才实现。汤姆逊成为历史上第一位预言波导的科学家。这证明科学预言可以大大早于技术的发展, 同时也表明了应用数学的威力。英国物理学家瑞利在1897 年发表了论文, 讨论矩形截面和矩形截面“空柱”中的电磁振动, 它们对应后来的矩形波导和矩波导, 并引进了截止波长的概念。瑞利得到了矩形波导中主模的场方程组,这是雷达中最常用的模式,
并讨论了矩波导中的主模。到1931 年, 人们看出了波导技术会有实用价值。1933 年, 已经有波长为15 cm 的信号源了。美国贝尔实验室在20 世纪30 年代已经是一个庞大的研究机构, 它吸收了一大批科学家从事超高频技术的研究。1936 年, 贝尔的科学家做实验, 实验波导线是长度为260 m 的青铜管, 直径12.5cm, 信号源输出波长为9 cm 。实验表明, 在截止频率以上, 信号传输衰减很小。后来, 人们把1936 年当作微波技术开始的年份。为了对波导做出深刻的阐述, 贝尔实验室的专家继续作数学分析, 推出了完整的本征值方程, 并证明汤姆逊早年的方程是本征值方程的一个特例。
传输线技术发展到今天, 只用简短的文字已不能描述其品种的繁杂、发展的迅速和理论的艰深了。例如, 就同轴电缆来说, 新技术之一是稳相同轴电缆, 其相位常数随环境温度和机械影响很小, 适用于对相位敏感的电子系统( 如卫星跟踪站和天文台) ; 就波导来说, 矩波导的主模11TE 模的极化平面不稳定, 使它甚至不能用于长度较大的天线馈线, 因此出现了椭矩波导。目前椭矩波导已经广泛用于微波中继站和地球卫星站; 就传输线的集成化来说, 出现了微带传输线, 使传输线的小型化和平面化成为可能。当然, 传输线新品种的开发, 又激发了理论工作的深入研究。 为了适应新的需求，需要是各种传输线模式之间进行变化，各种模式变化方面的研究应运而生，如同轴TEM 到矩波导11TE 模式变换。经变换这种模式变换器可以承受高功率，中心频率上的转换效率大，反射损耗低等优点，是最近的热点研究。
1.3 本课题研究目标及主要内容
1、研究目标
该课题是在HFSS 的平台上实现矩形波导的设计与仿真，通过在HFSS 平台上对矩形波导的半径、主模工作频率等的设置来设计出要求所需的矩形波导。其中要求矩形波导的半径为19.05mm ；主模的工作频率为5GHz ；完成对矩形波导的设计后要求画出矩形波导端口前10个模式的电场分布。
2、主要内容：
本文针对矩形波导在HFSS 平台上的设计和仿真，需进行矩形波导的相关理论的理解，要求了解其工作原理。要分析好矩形波导，首先求解电磁场纵向分量的波动方程, 求出纵向分量的通解, 并根据边界条件求出它的特解; 然后利用横向场与纵向场的关系式, 求出横向场的表达式; 最后讨论截止特性、传输特性、场结构和主要波型。
矩波导中11TE 、01TE 和01TM 是三种常用的模式, 根据它们不同的特点有着不同的应用。下面就这三种模式的场分布特点和应用情况作介绍。
1．11TE 模
11TE 模是矩波导的主模, 其截止波长为c λ= 3 .41 R 。
图3 .1 是矩波导11TE 模的场结构图。由图可见, 矩波导的11TE 模与矩形波导的10TE 模很相似, 因此它们之间的波型转换是很方便的。矩形波导10TE 模与矩波导11TE 模的波型转换器如图3 .2 所示：
图1 .1 矩波导11TE 模的场结构图
)
)
2．01TM 模
01TM 模是矩波导中的最低型横磁模，01TM 模有如下特点: (1 ) 磁场只有H ?分量, 磁力线是横截面上的同心矩。
(2 ) 电力线是平面曲线, 与?无关, 电力线在矩波导中心最强。
(3 ) 01TM 模不存在极化简并模式。
(4 ) 01TM 模在波导管壁上电流只有纵向分量。利用这一特点, 01TM 模可以用于天线馈线系统的旋转连接工作模式。
3．01TE 模
01TE 模是矩波导中的高次模，01TE 模有如下特点: (1 ) 电场只有E ?分量, 电力线是横截面上的同心矩。 (2 ) 磁力线是平面曲线, 与?无关。
(3 ) 01TE 模不存在极化简并模式。
(4 ) 01TE 模的一个突出特点是在波导管壁上电流没有纵向分量, 管壁电流只沿矩周方向流动, 并且当传输功率一定时, 随着频率的升高, 波导管壁的热损耗下降。01TE 模的这个特点, 使它既适合作高Q 谐振腔, 又适合用于毫米波远距离波导通信。
(5 ) 01TE 模不是矩波导中的主模, 因此使用时需要抑制高次模。
1.4 本章小结
本章首先介绍了课题选题的意义，波导导波技术的国内外现阶段发展现状及趋势，以及本课题主要研究内容基于HFSS 的仿真平台设计和仿真矩形波导，并画出仿真结果中的电场图。
第二章 矩形波导的基本原理
2.1导波的一般分析
2.1.1 规则金属管内的电磁波
任意截面形状的金属波导如图2.1 所示, 电磁波沿纵向(z 轴方向)传输,
为求解简单, 作如下假设:
(1)波导内壁的电导率为无穷大。
(2)波导内的介质是均匀无耗、线性、各向同性的。 (3)波导远离源。 (4)波导无限长。
图2.1 任意截面形状的金属波导
由电磁场理论，对无源自由空间电场E 和磁场H 满足以下矢量赫姆霍茨方程：
220E k E ?+= (2-1-1) 22
0H k H ?+= (2-1-2)
式中，
22k ωμε=。 现将电场和磁场分解为横向分量和纵向分量，即 t z z E
E a E =+ (2-1-3)
t z z H H a H =+ (2-1-4)
式中，z a 为z 向单位矢量，t 表示横坐标，由于分析的是矩形波导，以矩柱坐标为例讨论
从以上分析可以得出以下结论：
在规则波导中场得纵向分量满足标量其次波动方程，结合相应边界条件即可求得纵向分量z E 和z H ，而场得横向分量即可由纵向分量求得。
既满足上述方程又满足边界条件的解很多，每一个解对应一个波型也称之为模式，不同的模式具有不同的传输特性。
c k 是为传输系统的特征值，它是一个与波导系统横截面形状、尺寸及传输模式有关的参量。由于当相移常数β=0时，意味着波导系统不再传播，亦称为及位置，此时c k =k ，故称c k 为截止波数。
2.1.2 波导传输的一般特性
1.波导中传输模的种类
所谓模式(或称模、波型)是指能够单独在波导中存在的电磁场结构, 按其有无场的纵向分量z E 和z H , 可以分为三类:
（1）z E =0且z H =0的传输模称为横电磁模, 也称横电磁波, 记作TEM 波。这种
对于TEM 波, 2
0c k =，k β==。相速度1/p v =与频率无关, 是无色散波型。
(2) z E =0而z H ≠0 的传输模称为横电模或磁模, 记为TE 模或H 模; z E ≠0 而z H =0的传输模称为横磁模或电模, 记为TM 模或E 模。空心金属管波导只能传输这类模。
(3) z E ≠0且z H ≠0的传输模称为混合模, 分为EH 模和HE 模。这类模存在于开放式波导中, 波在波导表面附近的空间传输, 故又称表面波。
2.2 矩形波导的分析
2.2.1 矩形波导电磁场解
截面为矩形的金属波导称为矩波导, 如图2.2所示。矩波导具有损耗较小和双极化的特性, 常用于双极化天线馈线中, 也用作远距离波导通信, 并广泛用作微波谐振腔。
00(i 0
E
图2.2 矩形波导
矩形波导在矩柱坐标中进行讨论，其中可以独立存在TM 模和TE 模。 的周期，即
()(2)Q Q ??π=+
则
()(2)Q m Q m m ??π=+
所以m 应为整数，取m=0,1,2,…。
方程（2-2-5）称为贝塞尔（Bessel ）方程，其解为
12()()()m c m c R A J k A N k ρρρ=+ (2-2-8)
式中m J 称为m 阶第一类贝塞尔函数，m N 称为m 阶第二类贝塞尔函数。图2.3（a ）、(b)分别表示m J 和m N 的函数曲线。
图2.3(a)
J函数曲线
m
N函数曲线
图2.3(b)
m
J 的函数曲线
图2.4
m
H代入（2-1-7）中，则可以得到矩柱形波导中TE波得各场分量的表达式为将z
2
222200000sin (
)(
)cos cos ()(
)sin cos ()(
)sin sin (
)(
)cos cos (
)(
)sin mn
mn mn
mn
mn
mn mn mn mn p j ma j z
m a
p p j a j z m
p a
p j a j z
m
a
p p j ma j z
m a
p p z m a
m E H J e
m m E H J e m m H H J e m m H H J e m m H H J e m ωμβρρωμβ?ββρββ?ρ
?ρ?
?ρ?
?ρ?
?ρ??ρ?
'-''-''--''-''=-'='==
-=()2217j z
β-????????
--?????????
2.2.2 矩形波导中的波型及截止波长
(1)由场分量可以看出, 矩波导中有无数多个TE 模和TM 模, 以mn TE 或mn TM 表
示。由于0m p 及0m p '
不存在, 所以0m TE 模和0m TM 模不能存在, 可以存在0n TM 模和
mn TM 模及0n TE 模和mn TE 模。各模式的截止波长分别为
(2-2-18)
(2-2-19)
(2) 根据各种模的截止波长值可以画出矩波导中波型的截止波长分布图，如图2.5所示。
图2.5 矩波导中波型的截止波长分布图
（3）矩波导中最低型模( 主模) 为11TE 模, 其他模式为高次模,
其中第一高次
22mn
cTE mn
mn
a
cTE k p ππλ'
==22mn
cTM mn
mn
a cTM k p ππλ==
模为01TM 模, 因此保证矩波导中只传输单模的条件为
2 .62 R < λ<
3 .41 R
(4)不论是TE 模还是TM 模, 场分量沿?方向和ρ方向都呈驻波分布。m 阶贝塞尔函数或其导数的整阶数, 表示场沿波导矩周分布的整驻波数; n 是贝塞尔函数或其导数根的序号, 表示场沿半径方向分布的半驻波数。
(5)矩波导中波型的简并有两种,一种是极化简并;另一种是TE 模与TM 模之间的简并。从场分量表示式可以看出,场分量沿?方向分布存在着sin m ?和cos m ?两种可能性,于是,对应于同一m 和n 的值,有两种场分布形式,所不同的只是极化面旋转了90°。这种现象称为“极化简并”。极化简并表明, 在矩波导中传输模时极化面将是不固定的。在理想的矩波导中,极化面只决定于激励情况,但在实际上,波导截面形状不可能保证是正矩,这将引起所传输的模式极化面产生旋转,即产生极化简并模。一般情况下,这种现象对传输不利, 但在某些场合则需利用这些特性,构成特殊用途的波导。此外,矩波导中01TE 、02TE 、…、0n TE 模的截止波长分别与11TM 、12TM 、…、1n TM 模的截止波长相等, 这称为TE 模与TM 模之间的简并。
2.3 本章小结
本章首先介绍了与课题相关的基本原理，主要包括：规则金属管内的电磁波求解过程，波导传输的一般特性，矩形波导电磁场求解过程，矩形波导中的波型及截止波长，以及第一类贝赛尔函数和第二类贝塞尔函数的相关内容。
第三章 矩形波导的设计
3.1 创建矩形波导模型
1.运行HFSS 并新建工程
启动HFSS 软件，会自动创建一个默认名称为project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。
从主菜单栏选择命令【File 】→【Save As 】,把工程文件另存c_waveguideok.hfss 。然后右键单击HFSSDesign1,从弹出菜单中选择【Rename 】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为waveguide 。
2．选择求解类型
从主菜单栏选择【HFSS 】→【Solution Type 】,选中Driven Modal 单选按钮。 3．设置长度单位
从主菜单栏选择【Modeler 】→【Units 】,打开set Model Units 对话框，选择英寸（in ）单位。
4.创建矩柱体
根据课题要求，需设计的矩形波导长度为200mm 宽度为40.4mm 高度为20.2mm ，波导长度为5个导波波长，所以必须计算该矩形波导的主模波长。此时需要利用matlab 来计算矩形波导十个模式的波长，同时课题需要画出矩形波导端口前10个模式的电场分布。由于矩波导和矩形波导一样, 也具有高通特性。需要满足条件
c λλ<，所以
要求得第十个模式的截止频率，以设置仿真时的工作频率。
由图2.3和图2.4可得出矩形波导前十个模式分别为: 11TE 、01TM 、21TE 、01TE 、
11TM 、31TE 、21TM 、12TE 、02TM 、22TE 。
编写的matlab 程序去下所示,计算的结果是前十个模式的频率，单位为GHz U11=fzero(@(x)besselj(0,x)-1/x*besselj(1,x),2); fTE11=300*U11/(2*pi*19.05) V01=fzero(@(x)besselj(0,x),2); fTM01=300*V01/(2*pi*19.05)
U21=fzero(@(x)besselj(1,x)-2/x*besselj(2,x),3); fTE21=300*U21/(2*pi*19.05) U01=fzero(@(x)-besselj(1,x),4); fTE01=300*U01/(2*pi*19.05) V11=fzero(@(x)besselj(1,x),4);
fTM11=300*V11/(2*pi*19.05)
U31=fzero(@(x)besselj(2,x)-3/x*besselj(3,x),4); fTE31=300*U31/(2*pi*19.05)
V21=fzero(@(x)besselj(2,x),5);
fTM21=300*V21/(2*pi*19.05)
U12=fzero(@(x)besselj(0,x)-1/x*besselj(1,x),5); fTE12=300*U12/(2*pi*19.05)
V02=fzero(@(x)besselj(0,x),5);
fTM02=300*V02/(2*pi*19.05)
U22=fzero(@(x)besselj(1,x)-2/x*besselj(2,x),7); fTE22=300*U22/(2*pi*19.05)
得出前十个模式的截止频率如表3.1所示
模式TE10TE20
TE01
TE11 TE21 TE30TE31
TE40
TE02
TE12
TE41
TE22
TE32
TE 50
解析解21.082 42.163 47.140 59.628 63.245 76.010 84.326 86.921 94.279 105.41 文献[1] 21.076 42.152 47.140 59.645 63.158 76.014 86.234 86.833 94.210 105.38 本文21.09 42.35 46.93 59.52 62.95 76.12 84.70 86.99 94.43 105.3
由U11=fzero(@(x)besselj(0,x)-1/x*besselj(1,x),2);
TE11=(2*pi*19.05)/U11
可以计算得出主模的波长，结果为11
TE
λ=65.0096mm。
所以设计的矩形波导长度为5*11
TE
λ=325.0482mm。
（1）点击工具栏中的图标，在3D界面中任意绘制一个矩柱体，再设置矩柱体的属性，使其设置为长度为-100mm，宽度设置为-20.2mm，高度设置为-10.1。点击确认完成设置，其他属性保持默认。如图3.1所示：
图3.1 矩柱体属性设置
设置完成后的矩形波导如图3.2所示。
图3.2 矩形波导模型
（2）边界条件的设置
设置边界条件的重要性：
用Ansoft HFSS求解的波动方程是由微分形式的麦克斯韦方程推导出来的。在这些场矢量和它们的导数是都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些表达式才可以使用。在边界和场源处，场是不连续的，场的导数变得没有意义。因此，边界条件确定了跨越不连续边界处场的性质。作为一个 Ansoft HFSS 用户你必须时刻都意识到由边界条件确定场的假设。由于边界条件对场有制约作用的假设，我们可以确定
对仿真哪些边界条件是合适的。对边界条件的不恰当使用将导致矛盾的结果。
当边界条件被正确使用时，边界条件能够成功地用于简化模型的复杂性。事实上，Ansoft HFSS 能够自动地使用边界条件来简化模型的复杂性。对于无源RF 器件来说，Ansoft HFSS 可以被认为是一个虚拟的原型世界。与边界为无限空间的真实世界不同，虚拟原型世界被做成有限的。为了获得这个有限空间， Ansoft HSS使用了背景或包围几何模型的外部边界条件。
模型的复杂性通常直接与求解问题所需的时间和计算机硬件资源直接联系。在任何可以提高计算机的硬件资源性能的时候，提高计算机资源的性能对计算都是有利的。
HFSS中定义了多种边界条件类型，主要有理想导体边界条件（Perfect E）、理想磁边界条件（Perfect H）、有限导体边界条件（Finite Conductivity）、辐射边界条件（Radiation）、对称边界条件（Symmetry）、阻抗边界条件（Impedance）、集总RLC 边界条件（Lumped RLC）、无限地平面（Infinite Ground Plane）、总从边界条件（Master and Slave）、理想匹配层（PML）和分层阻抗边界条件（Layered Impedance）。
Perfect E是一种理想电导体或简称为理想导体。这种边界条件的电场（E-Field）垂直于表面。有两种边界被自动地赋值为理想电边界。在HFSS中，以下两种情况下的物体边界会自动设置为理想导体边界条件。
1、任何与背景相关联的物体表面将被自动地定义为理想电边界并且命名为（outer）的外部边界条件。
2、任何材料被赋值为PEC（理想电导体）的物体的表面被自动的赋值为理想电边界并命为smetal边界。
根据以上信息可知，所设计的矩形波导需设置Perfect E边界条件。设置操作步骤如下。
选中需要设置为理想导体边界条件的物体表面。
从主菜单栏选择【HFSS】→【Boundaries】→【Assign】→【Perfect E】,打开如图3.3所示的对话框，点击确定完成导体边界条件的设置。
图3.3 “理想导体边界条件设置”对话框
(3) 设置波端口激励
端口解算器假定你定义的波端口连接到一个半无限长的波导，该波导具有与端口相同的截面和材料。每一个端口都是独立地激励并且在端口中每一个入射模式的平均功率为1瓦。波端口计算特性阻抗、复传播常数和S 参数。
在波导中行波的场模式可以通过求解Maxwell 方程获得。下面的由Maxwell 方程推出的方程使用两维解算器求解。
(
)
2
1
0(,)(,)0r r E x y k E x y με??
??-= （3-2-1）
式中，(,)E x y 是电场矢量；0k 是自由空间波数，02/k πλ=；r μ是复数相对磁导率；
r ε是复数相对介电常数。HFSS 求解该方程后，可以得到激励场模式的解(,)E x y ；这些矢量独立于z 和t ，在这些矢量节后面乘上因子z
e
γ-后就变成了行波。另外，我们注
意到激励场模式的计算只能在一个频率。在每一个感兴趣的频率，计算出的激励场模式可能会不一样。
由于需要画出矩形波导端口前10个模式的电场分布，所以设置波端口时需要设置10个模式，才能满足需求，所以将属性Number of Modes 设置为10，设置波端口激励如图3.4所示。
图3.4 波端口激励设置
选中单击图3.5所示的New Line后，进入端口积分线绘制状态。单击鼠标左键，确定积分线的起始点，然后再移动鼠标光标到该平面上边缘的中间位置，再次点击鼠标，确定积分线的终止点，完成积分线的设置，设置好的波端口如图3.6所示。
图3.5波端口设置对话框
重复以上步骤，完成对另外一个波端口的设置。
绘制两个实平面
为了分析波导的内部电场，需要在波导内部绘制两个实面体，分别绘制在横截面和纵截面。操作步骤如下。
图3.7 矩形实面体设置对话框
从主菜单栏中选择【Draw】→【Rectangle】,绘制一个矩形实面体，任意绘制一个矩形实面体，点击历史窗口的Rectangle1节点，双击CreateRectangle，设置其属性，设置结果如图3.8所示。
图3.8 矩形实面体设置对话框
得出最后的矩形波导模型如图3.9所示。
图3.9 矩形波导模型
3.2 求解设置
求解设置的时候需要对求解频率（Solution Frequency ）,最大迭代次数（Maximum Number of Passes ）等参数进行设置。 由于矩形波导也具有高通特性。需要满足条件
c λλ<，即c f f >。同时课题需要画出
矩形波导端口前10个模式的电场分布，所以要保证求解频率（Solution Frequency ）大于第十个模式的截止频率。经计算模式十22TE 频率为16.8081GHz 。根据矩形波导的高通特性，设置求解频率（Solution Frequency ）值为18GHz 。
HFSS 软件采用自适应网格剖分技术，根据用户设置的误差标准，自动生成精确 、有效的网格，来完成分析对象的离散化。自适应网格剖分的原理是：在分析对象内部搜索误差最大的区域并在该区域进行网格的细化，每次网格细化过程中网格增加的百分比由用户事先设置。完成一次网格细化过程后，软件重新计算并搜索误差的最大的区域，判断该区域误差是否满足设置的收敛条件。如果满足收敛条件，则网格剖分完成；如果不满足收敛条件，继续下一次网格细化过程，直到满足收敛条件或者达到设置的最大迭代次数为止。自适应网格剖分时，每一次网格细化的迭代过程在HFSS 中称为一个“Pass ”。
为了使得HFSS 自适应网格剖分能个完成，需设置好最大迭代次数（Maximum Number of Passes ），工程应用中一般把该参数设置为20，以满足HFSS 的求解需要。 设置操作步骤如下：
右键单击工程树下的Analysis 节点，从在弹出菜单中选择【Add Solution Setup 】，打开
实验二矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析解读
] 实验二、矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析 一、实验目的： 1、熟悉HFSS软件的使用； 2、掌握导波场分析和求解方法，矩形波导TE10基本设计方法； 3、利用HFSS 软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。 二、预习要求 1、《 2、导波原理。 3、矩形波导TE10模式基本结构，及其基本电磁场分析和理论。 4、HFSS软件基本使用方法。 三、实验原理与参考电路 导波原理 3.1.1. 规则金属管内电磁波 对由均匀填充介质的金属波导管建立如图1 所示坐标系, 设z轴与波导的轴线相重合。由于波导的边界和尺寸沿轴向不变, 故称为规则金属波导。为了简化起见, 我们作如下假设： \ ①波导管内填充的介质是均匀、线性、各向同性的； ②波导管内无自由电荷和传导电流的存在； ③波导管内的场是时谐场。 图1 矩形波导结构 本节采用直角坐标系来分析,并假设波导是无限长的,且波是沿着z方向无衰减地传输,由电磁场理论, 对无源自由空间电场E和磁场H满足以下矢量亥姆霍茨方程: ` 式中β为波导轴向的波数,E0(x,y)和H0(x,y)分别为电场和磁场的复振幅,它仅是坐标x和y的函数。 以电场为例子，将上式代入亥姆霍兹方程 ,并在直角坐标内展开,即有 (,) (,) j z j z E E x y e H H x y e β β - - ?= ? ? = ?? 式1 220 E k E ?+=
2222 2 2222222222220 T c E E E E k E k E x y z E E E k E x y E k E β????+=+++?????=+-+??=?+=式2 k c 表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数,如果导波沿z 方向传播,则 k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。 由麦克斯韦方程组的两个旋度式,很易找到场的横向分量和纵向分量的关系式。具体过程从略,这里仅给出结果： 《 从以上分析可得以下结论: ^ （1）场的横向分量即可由纵向分量； （2） 既满足上述方程又满足边界条件的解有许多, 每一个解对应一个波型也称之为模式,不同的模式具有不同的传输特性; （3）k c 是在特定边界条件下的特征值, 它是一个与导波系统横截面形状、 尺寸及传输模式有关的参量。 由于当相移常数β=0时, 意味着波导系统不再传播, 亦称为截止, 此时k c =k, 故将k c 称为截止波数。 对于横电模(Ez=0)和横磁模(Hz=0)上式分别可以简化为 TE 模或H 模 ~ TM 模或E 模 3.1.2 矩形波导中传输模式及其场分布 由于矩形波导的四壁都是导体,根据边界条件波导中不可能传输TEM 模,只能传输TE 或TM 模。 % 这里只分析TE 模(Ez=0) 对于TE 模只要解Hz 的波动方程。即 2222()() 4 ()()z z x c z z y c z z x c z z y c H E j E k y x H E j E k x y H E j H k x y H E j H k y x ωμβωμββωεβωε???=-+???? ???=-? ???????=-+???? ???=-+????式2222,,z z x y c c z z x y c c H H E j E j k y k x H H H j H j k y k y ωμωμωμωμ???=-=????? ???=-=???? 式522222 222T c E E E x y k k β????=+???? ?=-?其中 式3 222 c x y k k k =+2222,,z z x y c c z z x y c c E E H j H j k y k x E E E j E j k y k y ωεωεβωμ??? ==-???? ????=-=-???? 式622200 0220z z c z H H k H x y ??++=??式7
钢结构毕业设计论文
毕业设计 建筑设计 1.前言 如今，钢结构建筑在人们的生活中被广泛应用；钢结构的高层建筑、大型厂房、大跨度桥梁、造型复杂的新式建筑物等如雨后春笋般的出现在世界各地，这足以表明钢结构的发展趋势和美好的未来。 钢结构建筑相比于混凝土结构在环保、节能、高效等方面具有明显优势，且具有材料强度高、重量轻、材质均匀、塑性韧性好、结构可靠性高、制作安装机械化程度高、抗震性能良好、工期短、工业化程度高、外形多样美观等优点，并符合可持续发展的要求。目前，国内大约每年有上千万平米的钢结构建筑竣工，国外也有大量钢结构制造商进入中国，市场竞争日趋激烈，为此通过该项设计，达到能够理论联系实际地将学到的专业理论做一次全面的应用目的。 毕业设计是这大学四年来对所学土木工程知识的一次系统的、全面的考察和总结，是大学重要的总结性教育。通过做毕业设计，使我对钢结构的学习和研究更为的深入，深化了我对土木工程专业知识的认知和理解。在做毕设的过程中通过查阅各种文献资料、规范案例，不仅拓展了我的知识面，也培养了我独立思考、查阅资料的能力。 2.设计概况 本工程为青岛市华原纺织厂职工宿舍楼，采用钢结构框架支撑体系，共5层，各层层高均为3.5m，采用造型时尚的四坡屋顶，建筑结构总高度为19.7（加屋顶），每层建筑面积约为619.92㎡，总建筑面积3099.6㎡，维护结构采用ALC板（150mm）；本建筑设计采用横向8跨，9根柱；纵向2跨，3根柱的柱网布置；室内外高差为0.45m，建筑主要功能为集体居住。 总平面图见图2-1。 图2-1 总平面布置图 3.设计条件
3.1 工程地质条件 （1）拟建场地地型平坦，自然地表标高36.0m 。 （2）地基基础方案分析：宜采用天然地基，全风化角砾岩、强风化角 砾岩或中风化角砾岩为地基持力层，建议采用-1.0m ～-3.0m 柱下独立基 础；其中全风化角砾岩，土层平均厚度 2.1m ，地基承载力特征值 kPa ak f 220 ，可 作为天然地基持力层。 （3）抗震设防烈度为6度，拟建场地土类型为中硬场地土，场地类别为 Ⅱ类。 3.2 气象条件 （1）降水。平均年降雨量777.4mm ，年最大降雨量1225.2mm ；雨量集中期： 7月中旬至8月中旬，月最大降雨量140.4mm ；基本雪压：0.6kN/㎡。 （2）主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风；基本风压：0.6kN/㎡。 3.3 楼面基本荷载 荷载一组。恒载：5.0kN/㎡，活载：2.0kN/㎡。 荷载二组。恒载：5.5kN/㎡，活载：2.0kN/㎡。 3.4 其他技术条件 建筑等级：耐久等级、耐火等级均为Ⅱ级，采光等级为Ⅲ级。 4 设计方案 4.1.1柱网布置 本方案采用横向3排柱形式，共两跨且不对称；纵向9排柱，柱距分 两种，即3.6m 和7.2m ，纵向柱网对称布置。该方案主要采用大柱距且3 排两跨的柱网，充分节约钢材以及发挥钢结构宜于应用到大跨度的优点； 并且结构形式简单，计算简图简单，受力分析简便，合理可行。（柱网布置 见图4-1-1）。 图4-1-1 结构柱网布置图 4.1.2 建筑结构形式分析选定 多层钢结构房屋的体系有纯框架体系、框架支撑—-支撑体系、框架剪力墙体系、
白车身模态分析试验方法研究 毕业设计
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 绪论 (3) 2 试验模态分析 (5) 2.1模态试验理论 (5) 2.2试验测试系统组成 (6) 3 模态参数识别方法 (7) 3.1模态参数识别主要方法 (7) 3.2最小二乘复频域法 (9) 3.2.1最小二乘复频域法简介 (9) 3.2.2系统模型的确定 (9) 4 白车身模态试验 (10) 4.1白车身参数 (10) 4.2试验结构的支撑方式 (10) 4.3传感器的选择及布置原则 (12) 4.4激励系统 (13) 4.4.1激励方式 (13) 4.4.2振动激励源的选择和比较 (14) 4.4.3设备传感器 (15) 4.5试验测试系统检验 (16) 5 试验测试结果及分析 (21) 5.1稳态图 (21) 5.2模态频率与阻尼比 (23) 5.3模态振型 (24) 5.4模态试验的有效性 (26) 6 有限元分析结果与试验结果对比 (30) 结论 (33) 谢辞 (34) 参考文献 (35)
白车身模态试验方法研究 摘要：本文的目的在于研究模态分析参数识别不同方法之间的优缺点，重点是PolyMAX法和时域分析法之间的对比，以研究通过何种方法才能获得精 确地实验数据。为此本文分别采用多参考最小二乘复频域（PolyMAX） 法和时域分析法对结构模态参数进行识别，得到白车身各阶的模态图、 模态频率和振型并采用模态置信判据法(MAC)验证试验结果，比较二者 之间的优缺点，从而发现PolyMAX能提供比时域法法更多的稳定极点 并且有一个清晰地图标，确保一个用户独立和简洁明了的解释，大量简 化了鉴别过程。为进一步验证PolyMAX法的准确性，将PolyMAX分析 结果与有限元分析相对比，发现两者具有相当高的一致性。因此，本文 认为在白车身模态试验中PolyMAX法是最佳的试验模态分析方法。 关键词：白车身模态试验分析方法MIMO PolyMAX 1
178 某六层高校宿舍楼框架结构设计全套图纸及计算书全套资料4900平米左右
丽水广播电视大学土木工程毕业设计（论文）丽水中学宿舍楼设计 学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师：
摘要 该工程为框架结构，主体为六层，该地区抗震设防烈度为6度，第二分组，场地类别为III类场地。主导风向为西南，基本风压0.45kN/m，基本雪压0.3 kN/m2。楼﹑屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。 本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。 本设计主要进行了结构方案中横向框架第8轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台进行了受力和配筋计算。 手工计算完毕后，用结构分析软件PKPM进行了整体框架计算。 设计成果包括计算书和施工图纸两部分. 关键词：框架结构抗震设计荷载计算内力计算计算配筋
Abstract The project for the frame structure, main body of six layers the region seismic fortification intensity is 6 degrees, the second group, site category III class site. Dominant wind direction for the southwest the basic wind pressure of 0.45 KN/m, basic snow pressure of 0.3 KN/m2. Floor, roof adopts the cast-in-place reinforced concrete structure. The design and implement "practical, safe, economic, beautiful" design principle. According to the architectural design specification, carefully consider the various factors that affect the design. According to the relationship of structure and building overall with details. This design mainly has carried on the structure scheme of transverse frame shaft 8 seismic in design. In determining the frame layout, has carried on the first floor between load on behalf of value calculation, and then use vertex displacement method from the earthquake cycle, and then press the bottom shear method under horizontal seismic load size, and then calculate the structural internal force under the horizontal load (bending moment, shear force and axial force). Then calculate vertical load (dead load and live load) under the action of internal force of structure. Is to find out the most unfavorable one or several groups of internal force combination. Choose the safest results reinforcement and drawing. In addition, the structure of indoor stair designs. Completed the flat pallet bench board, platform beam component such as the internal force and reinforcement calculation and construction drawings. On the floor reinforcement calculation, this design USES the pile foundation, foundation pile caps for the force and reinforcement calculation. After the manual calculation, using the structure analysis software PKPM calculation has carried on the overall framework. Design results including the calculation and construction drawings Keywords: frame structure seismic design load calculation of internal force calculation of reinforcement calculation
钻模设计示例 (毕业答辩重点)
钻模设计示例----S hijin hui 图3—36为托架工序图，工件的材料为铸铝，年产l000件，已加工面为≠33h7孔及其两端面a、c和距离为44mm的两侧面8。本工序加工两个ml2mm的底孔≯l0．1mm，试设计钻模。 图3—36托架工序图 一、工艺分析 1．工件加工要求 1) φ10.1mm孔轴线与φ33h7孔轴线的夹角为25°土20′。
2) φ10.1mm孔到φ33h7孔轴线的距离为88.55土0.15mm。 3)两加工孔对两个rl8mm轴线组成的中心面对称(未注公差)。 此外，105mm的尺寸是为了方便斜孔钻模的设计和计算而必须标注的工艺尺寸。 2．工序基准 根据以上要求，工序基准为φ33h7孔、a面及两个rl8mm的中间平面。3．其它一些需要考虑的问题 为保证钻套及加工孔轴线垂直于钻床工作台面，主要限位基准必须倾斜，主要限位基准相对钻套轴线倾斜的钻模称为斜孔钻模；设计斜孔钻模时，需设置工艺孔；两个10．1mm孔应在一次装夹中加工，因此钻模应设置分度装置；工件加工部位刚度较差，设计时应考虑加强。 二、托架斜孔分度钻模结构设计 1．定位方案和定位装置的设计
方案l：选工序基准φ33h7孔、a面及rl8mm作定位基面。如图3-37a所示，以心轴和端面限制五个自由度，在r18mm处用活动v形块l限制一个角度自由度z。加工部位设置两个辅助支承钉2，以提高工件的刚a) 度。此方案由于基准完全重合而定位误差小，但夹紧装置与导向装置易互相干扰，而且结构较大。 方案2：选φ33h7孔、c面及r18mm作定位基面。其结构如图3-22b所示，心轴及其端面限制五个自由度，用活动v形块l 限制z。在加工孔下方用两个斜楔作辅助支承。此方案虽然工序基准a与定位基准c不重合，但由于尺寸l05mm精度不高，故影响图3-37托架定位方案 不大；此方案结构紧凑，1一活动v形块2一辅助支承钉3一斜楔辅助支承 工件装夹方便。 为使结构设计方便，选甩第二方案更有利。 2．导向方案 由于两个加工孔是螺纹底孔，装卸方便的情况下，尽可能选用固定式钻模板。导
毕业设计(论文)论文结构及写作要求
毕业设计（论文）论文结构及写作要求毕业论文由以下几部分组成：①封面;②毕业设计(论文)任务书;③中文摘要;④英文摘要;⑤目录;⑥正文;⑦参考文献;⑧附录;⑨致谢;⑩毕业设计(论文)评语; eq \o\ac(○,11)11有关图纸。 (一)封面 封面包括：论文题目、学生、指导教师、学院、专业、工作完成年月。其中专业为设计(论文)作者主修专业的全称。 论文题目不得超过20个字，外文题目不得超过10个实词，要简练、准确，可分二行书写。 (二)毕业设计(论文)任务书 毕业设计(论文)任务书由导师填写，内容、时间与工作日志中的任务书相符，经学科带头人(或负责人)签字(手签)后生效。 (三)中英文摘要(中文在前，英文在后) 摘要包括：论文题目(包括中、英文)、“摘要”字样(位置居中)、正文、关键词。 摘要是论文内容的简要陈述，包括论文中的主要信息，具有独立性和完整性。中文摘要一般为400字左右，英文摘要应与中文摘要内容完全相符(1200~1500字符)。 关键词是供检索使用的，主题词条选取应为通用技术词汇，不得自造关键词。关键词一般为3~5个，以显著字符另起一行，排在摘要的下方。
(四)目录 目录按三级标题编写，由序号、名称和页码组成。要求层次清晰，且要与正文标题一致，主要包括摘要、正文的主要层次标题、主要符号表、参考文献、附录及致谢等。 (五)主要符号表(根据具体情况可省略) 若论文正文内公式很多，且所用符号不是国际上通用的标准符号，可列出主要符号表。如论文中图表较多，可以分别列出清单置于目录页之后。 (六)正文 1.理工类论文正文部分包括：引言或绪论、论文主体、结论。 引言或绪论应是综合评述前人工作，说明论文选题目的和意义，国内外文献综述，以及论文所要研究的设想、方法、实验、设计、选题依据等，阐述应当言简意赅，不要与摘要雷同。一般教科书中有的知识，在引言或绪言中不必出现。在毕业设计(论文)中为了反映作者确已掌握了坚实基础理论和专门知识，并对研究方案作了充分论证，有关历史回顾和前人工作的综合评述、理论分析等可单独成章，用足够的篇幅叙述内容。 论文主体是毕业论文的主要部分，占主要篇幅(字数根据各学院《毕业设计(论文)管理细则》中要求确定)。可以包括调查对象、实验与观测方法和结果、仪器设备、原材料、计算方法、编程原理、数据处理、设计说明与依据、加工整理的图表、形成的论点和导出的结论等。正文内容必须实事求是、客观真切、准
毕业设计论文中期报告.doc
毕业论文中期报告 一，预期目标 理论知识：1，了解网架结构的特点，并学习网架结构的计算与设计研究方法； 2，学习网架结构的静力分析方法。按照《建筑结构荷载规范》及设计规范取值，计算时考虑各项荷载及其组合，并根据组合确定几种最大影响工况，然后用ansys分析最不利情况，考察最不利情况是否满足《网架结构设计与施工规程》； 3，学习网架结构的动力特性分析。动力特性分析只作模态分析和随机振动谱分析。，模态分析理论是基础，它主要用于计算模型固有模态的两个基本参数：固有频率和模态振型。随机振动谱分析是一种将模态分析结果和已知谱联系起来，然后计算模型位移和应力的分析技术，主要用于模型在确定载荷或随机载荷作用下，获得结构的响应情况。 软件应用：1，学习有限元软件ansys的基本操作，并针对以前学习中出现的问题作补充 学习； 2，学习ansys自带的参数化设计语言APDL; 3，空间网架结构的参数化建模。 二，开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 自开题以来，按照开题报告所作的安排，陆续学习了相关知识，包括：网架结构的特点，计算与设计研究方法等，网架结构的静力分析方法，动力特性分析方法等。 另外，在学习理论知识的同时，也开始了有限元软件ansys的学习，主要是一些基本的理论知识，操作方法，了解一些在本论文应用中可能存在的问题。 三，存在的具体问题 1，涉及到的动力特性分析，比初始考虑的问题要复杂，因而加重了这一块学习的任务，到目前为止，有些问题依然比较模糊。 2，网架结构的参数化建模。由于APDL语言学习的水平所限，现在参数化建模没有完成，可能会影响到后期的进程。 四，下一步工作具体设想与安排 1，继续熟悉网架结构动力特性分析的理论知识，清晰化前期的模糊概念等内容； 2，加强APDL语言的学习，并强化编程能力，争取尽早完成网架结构的参数化建模； 3，参数化建模完成之后，加快速度做结构的静力特性分析，动力特性分析等； 4，完成毕业论文的撰写、修改、完稿等相关工作； 根据需要，随时补充学习相关的知识。精品文档5，
某六层框架结构学生宿舍楼设计毕业论文
某六层框架结构学生宿舍楼 设计毕业论文 目录 第一章绪论 (3) 第二章建筑设计说明 (6) 第三章结构设计计算 (7) 第一节梁、柱截面及柱高的确定 (7) 第二节重力荷载计算 (9) 一、屋面荷载（不上人） (9) 二、楼面荷载 (10) 三、卫生间荷载 (10) 四、墙体重力荷载 (11) 五、梁柱重力荷载 (11) 六、女儿墙重力荷载 (11) 七、门重力荷载 (12) 八、窗重力荷载 (12) 九、墙体自重 (12) 第四章水平地震力作用下框架结构的力和侧移计算 (18) 第一节框架侧移刚度的计算 (18) 一、梁的线刚度 (18) 二、柱的线刚度 (18) 三、柱的侧移刚度 (18) 第二节框架自振周期的计算 (19) 第三节各质点水平地震作用计算及弹性位移验算 (19) 第三节水平地震作用下框架力的计算 (20) 第五章竖向荷载作用下的力计算 (25) 第一节横向框架计算单元的确定 (25) 第二节竖向荷载计算 (25)
一、恒载计算 (25) 二、活载计算 (27) 三、力计算。 (28) 第六章横向框架力组合 (33) 第七章截面计算 (42) 第一节框架梁设计 (42) 第二节框架柱设计 (45) 一、剪跨比和轴压比验算 (45) 二、A柱正截面承载力计算。 (46) 三、B柱正截面承载力计算 (48) 第三节框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 (51) 第四节罕遇地震作用下弹塑性变形验算 (53) 一、罕遇地震作用下的楼层剪力 (53) 二、楼层受剪承载力计算 (53) 第五节基础设计 (56) 一、已知条件 (56) 二、尺寸的确定 (56) 三、桩身配筋 (57) 四、桩基承载力 (58) 五、桩身承载力 (60) 第六节板的计算 (61) 一、AB跨间板的计算 (61) 二、屋面板的计算 (61) 三、楼面板的计算 (63) 结论 (64) 致谢 (66) 参考文献 (68) 附录：外文文献翻译 (69)
钻模夹具设计
课程设计说明书 课程名称机械制造装配设计 设计课程钻模夹具设计 专业机械设计制造及其自动化 姓名 年月日
课程设计任务书 机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名班级学号 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：钻模夹具设计 课程设计内容与要求： 设计内容：钻削夹具装配图一张，零件图一张。 要求： 1、设计（装配图按夹具要求设计，相关的配合尺寸要标明，在说明书中要有夹具定位计算，夹紧等方案的选择）。 2、零件图要符合工程图的根据要求，图纸的标题要有材料。 设计（论文）开始日期年月日指导老师 设计（论文）完成日期年月日 年月日
课程设计评语第页 机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名班级学号 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：钻模夹具设计 课程设计片篇幅： 图纸共 2 张 说明书共 16 页 指导老师评语： 年月日指导老师
目录 序言 (1) 第一章设计准备工作 (2) 1．1 设计前的准备工作 (2) 1．1．1明确工件的年生产纲领 (2) 1．1．2 机床的选择 (2) 1．2 熟悉工件图 (2) 第二章夹具设计 (4) 2.1 定位方案 (4) 2．1．1 定位基准的选择 (4) 2．1．2 定位元件的布置 (5) 2．2 结构方案 (5) 2．2．1 夹具体设计 (5) 2．2．2 分度装置设计 (7) 2．2．3 对刀—导向装置设计 (8) 2．2．4 加紧装置设计 (9) 2．3 夹具装配图的绘制 (10) 2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准 (10) 2．3．2 夹具公差与配合的选择 (11) 2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准 (11) 第三章方案设计论证 (14) 3．1 设计思路 (14) 3．2 设计方法与结果 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16)
矩形波导中场结构模拟实验
实验 矩形波导中场结构模拟实验 一、实验目的要求： 1．通过实验编程及图像动态演示，形象具体的了解电磁波在波导中传播特性。 2．通过编写Matlab 程序，加深矩形波导中电磁波公式推导以及单模电磁波在矩形波导中的传播理解。 二、实验内容： 电磁场本身比较复杂和抽象，是涉及空间和时间的多维矢量场，需要具有较强的空间想象能力来理解它。 1．实验原理： 矩形波导是截面形状为矩形的金属波导管，如图一所示。 波导内壁面位置坐标设为：x=0和x=a ；y=0和y=b 。波导中填充介电常数为ε、磁导率为μ、电导率为σ的媒质，通常波导内填充理想介质（σ=0）。由于波导内没有自由电荷和传导电流，所以传播的电磁波是正弦电磁波。理想导电壁矩形波导中不可能传输TEM 模，只能传输TE 模或TM 模。对于矩形波导中TE MN 模的电场强度E 、磁场强度H 场分量表达式为： (02cos sin j t z x c j n m n E H x y e k b a b )ωβωμπππ???????=???????????? （1） (02sin cos j t z y c j m m n E H x y e k a a b )ωβωμπππ???????=???????????? （2） （3） 0z E =
(02sin cos j t z x c j m m n H H x y e k a a b )ωββ πππ???????=???????????? （4） (02cos sin j t z y c j n m n H H x y e k b a b )ωββπππ???????=???????????? （5） (0cos cos j t z z m n H H x y e a b )ωβππ?????=???????? （6） 其中：ω为微波角频率；m 和n 值可以取0或正整数，代表不同的TE 波场结构模式，称为TE 模，波导中可有无穷多个TE 模式；k c 为临界波束，k c 2=（m π/2）2+(n π/b ）2；β为相 位常数，β= 。 波导中的一个重要参数为截止频率f c ，有 c f = （7） 当工作频率低于截止频率f c 时，电磁场衰减很快，不可能传播很远，所以波导呈现高通滤波器的特性，只有工作频率高于截止频率f c 时电磁波才能通过。具有最低截止频率的模式，成为最低模式，也称为主模，其他模式都成为高次模式。在矩形波导内传输 的所有模型中，TE 10模为主模。 2． 实验步骤： 设置矩形波导宽边a =22.86mm ，窄边b =10.16mm ，波导内媒质为空气，当工作频率f 为9.84GHz 时，波导中只能传输TE 10模。 利用Matlab 显示矩形波导TE10模的电磁场分布的程序设计过程： （1）根据已知参数m ，n ，a ，b 和f 编程计算kc ，β和ω角频率等参数。 Matlab 中代码实现： a=22.86*1e-3; b=10.16*1e-3; f=9.84*1e9; m=1; n=0; miu=4*pi*1e-7; eps=8.854*1e-12; %E=2.71828; kc=((m*pi/a)^2+(n*pi/b)^2)^0.5; w=2*pi*f; beta=(miu*eps*w^2-kc^2)^0.5; （2）根据式1-6定义的各场强变量，以电场强度、磁场强度各分量为因变量，以时间t 为自变量。 Matlab 中代码实现： ngrid=20; x=[0:a/ngrid:a];y=[0:b/2:b]; z=[0:0.04/ngrid:0.04];%定义x ，y ，z 坐标空间矩阵 %公式表示 for p=0:ngrid%执行循环p 赋初值0，循环步长为1，总步长ngrid for q=0:2 for r=0:ngrid%三层循环，赋值ex 、ey 、ez 、hx 、hy 、hz 空间上的数值 ex(p,q,r)=j*(w*miu/kc^2)*(n*pi/b)*cos((m*pi/a)*x(p))*sin((n*pi/b)*y(q))*exp(j*(
{原创}六层教学楼框架结构毕业设计
1工程概况 本次毕业设计是一幢大学教学楼，教学楼位于安阳市，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g,设计地震分组为第一组,抗震设防类别为丙类。 建筑规模：为了进一步扩大教学规模，本大学教学楼设计总建筑面积为4500m2，教学楼设计层数为6层。结构形式：框架结构。 建筑物房间组成： （1）教学楼：普通教室，教室，办公室，配电室，传达室等。 （2）厕所盥洗室应满足内部使用要求。 （3）门厅、走廊，楼梯等根据需要设计。 （4）屋面为不上人屋面。 本方案立面设计主要强调建筑的简洁，便利的特点，该教学楼符合现代快节奏的气息。建筑功能分区明确，房间布置合理，给人一种清晰明快的感觉。为了使整栋建筑的立面效果更有层次，特让入口位于大楼正中，雨蓬与入口简洁大气。 2 建筑设计 2.1概述 本教学楼在进行设计前，了解房子应具有的功能。在进行设计时，结合需求考虑房屋结构的类型，合理设计教学楼内部构造，使得空间得以充分利用，并使建筑物和周边的环境协调。 本设计为教学楼，教学楼的空间布置要求需考虑众多的因素，包括科学、人文、技术等。室内设计宗旨为工作人员创造一个良好的学校环境，这样有利于形成良好的学习氛围，一般来说，矩形比较好用。 2.2水文条件 1.建筑地点及拟建基地尺寸 建设地点：安阳市 场地面积：长×宽=200m×120m，建筑平面设计可不考虑场地周边影响。 2.建筑面积和层数
总建筑面积：4200平方米左右。 层数为6层，层高为3.6米。 3.结构形式：框架结构 4.基本风压和基本雪压 基本风压：0.40KN/m2。 基本雪压：0.45KN/m2。 5.工程地质条件 地形概况：拟建场地为平整场地，地形简单。 地下水位：钻探至自然地面下15m处未见地下水。 地基持力层为粉质粘土。 基础埋深：2米左右。 建筑地点冰冻深度：室外天然地面以下500mm。 二类场地土，持力层地基承载力为特征值为f0k=180kpa，基础埋深暂定为1～3米之间。无软弱下卧层，不考虑地下水影响。 6.抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g,设计地震分组为第一组,抗震设防类别为丙类。 7.耐火等级为二级。 8.建筑物耐久性作用等级为二级。 2.2.3建筑材料 混凝土均采用C3O混凝土，扎筋采用HRB3OO、主筋采用HRB4OO。 3 结构设计 在建筑业飞速发展的当下，钢筋混凝土框架结构广泛的被使用在民用、商用建筑中。此类结构具有很明显的优点：建筑平面布置灵活，使用空间大，并且十分便于立面处理，可以使用在各类造型的房间中。故本设计采用了改结构。 框架结构是一种骨架结构，它由梁、柱构件通过节点连接形成。他的受力特点是//柱承受竖向、水平荷载，而墙体则是作为维护作用。
钻模设计
目录 第一章实体建模 (2) 1.1底座 (2) 1.2钻模座 (4) 1.3开口垫圈 (6) 第二章创建钻模的装配 (8) 2.1建模操作步骤 (8) 第三章钻模的工程图 (12) 第四章零件加工 (14) 4.1使用CAM软件，加工零件“钻模座”： (14) 4.2刀具参数和加工工艺： (17) 4.3用手工编程，编制衬套： (18) 第五章软件仿真 (20) 结论 (23) 致谢 (24) 参考文献 (25)
第一章实体建模 1.1底座 如图1-1所示： 图1-1 底座实体图 1.1.1方案分析： 固定钳身整体是一种不规则结构，因此需要通过回转操作创建其主体特征。主体结构上面的两处孔，可以通过打孔操作创建，中部的内腔是圆，可以通过拉伸作布尔求差运算得到。在UG NX4设计过程中，可以按照以下设计思路创建固定底座： (1) 创建草图截面曲线，回转得到主体特征结构。 (2) 创建草图截面曲线，拉伸作布尔求差运算得到内腔结构。 (3) 利用孔操作，创建主体顶部特征结构。 (4) 进行边倒圆操作。 1.1.2建模操作步骤： 1.利用草图功能，创建草图截面曲线，其操作如图1-1201所示： 图1-1201 草图 2.利用回转功能，创建底座主体特征结构，其操作如图1-1202所示：
图1-1202 3.利用草图功能，创建腔体截面曲线（左图所示），再利用拉伸功能并进行布尔求差运算（右图所示），得到腔体结构，其操作如图1-1203所示： 图1-1203 4.利用孔功能，对底座主体进行打孔（如下图所示），其操作如图1-1204所示： 图1-1204 5.利用边圆角功能，对腔体进行倒角，倒角为R2，其操作如图1-1205所示： 图1-1205
实验二矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析解读
实验二、矩形波导TE 10的仿真设计与电磁场分析 一、实验目的： 1、 熟悉HFSS 软件的使用； 2、 掌握导波场分析和求解方法，矩形波导TE 10基本设计方法； 3、 利用HFSS 软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。 二、预习要求 1、 导波原理。 2、 矩形波导TE 10模式基本结构，及其基本电磁场分析和理论。 3、 HFSS 软件基本使用方法。 三、实验原理与参考电路 3.1 3.1.1. 对由均匀填充介质的金属波导管建立如图1 所示坐标系, 设z 轴与波导的轴线相重合。由于波导的边界和尺寸沿轴向不变, 故称为规则金属波导。为了简化起见, 我们作如下假设： ① 波导管内填充的介质是均匀、 线性、 各向同性的； ② 波导管内无自由电荷和传导电流的存在； ③ 波导管内的场是时谐场。 图1 矩形波导结构 本节采用直角坐标系来分析,并假设波导是无限长的,且波是沿着z 方向无衰减地传输,由电磁场理论, 对无源自由空间电场E 和磁场H 满足以下矢量亥姆霍茨方程: 式中β为波导轴向的波数,E 0(x,y)和H 0(x,y)分别为电场和磁场的复振幅,它仅是坐标x 和y 的函数。 以电场为例子，将上式代入亥姆霍兹方程 ,并在直角坐标内展开,即有 22222 2222222222220T c E E E E k E k E x y z E E E k E x y E k E β????+=+++?????=+-+??=?+=式2 k c 表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数,如果导波沿z 方向传播,则 k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。 由麦克斯韦方程组的两个旋度式,很易找到场的横向分量和纵向分量的关系式。具体过程从略,这里00(,)(,)j z j z E E x y e H H x y e ββ--?=??=?? 式1220E k E ?+=22222222T c E E E x y k k β????=+?????=-?其中式3 222c x y k k k =+
机械制造专业_毕业设计_小型龙门加工中心基础件设计与受力分析(ANSYS模态分析)
第一章概述 1.1课题研究的背景及意义 机床是现代制造技术的工作母机，在某种意义上，一个国家机床设计和制造水平的高低，决定着这个国家整个制造业水平的高低。在信息革命的推动下，现代工业技术发展迅猛。近年来，各国在信息工业，航空航天工业，军事工业，电子工业，能源工业等领域竞争日益激烈。随着这些高科技领域日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化的方向发展，对机床的要求也越来越高。现代机床正向高速、大功率、高精度的方向发展。随着机床向高速度、大功率和高精度方向的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好的工艺性能以外，而着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。而机床的加工性能又与其动态特性紧密相关。事实表明，随着机床的加工精度的不断提高，对机床动态特性的要求也愈来愈高。 多年来，由于受到理论分析和测试实验手段落后的限制，机床结构的设计计算主要沿用传统的结构强度为主的设计方法。传统设计方法主要是保证刀具和工件间具有一定的相对运动关系和满足机床几何精度要求，采用经验和类比的方法进行，设计的主要依据是静刚度和静强度，对机床的动态性能考虑较少。在利用传统方法进行机床结构的设计计算时，因为不能准确地把握机床结构与其动态特性之间量的关系，所以结构设计的结果常常是以较大的安全系数加强机床结构。这样的设计方法容易导致机床结构尺寸和重量的加大;其结果一则不能很好发挥材料的潜力，二来机床结构的动态性能也不会有根本的改进提高。所以，后来科研工作者对机床的动态特性、切削稳定性进行了大量的研究工作，最初是以实物或模型为基础，进行机床性能试验，从中发现规律，分析影响机床动态性能的主要原因，寻求解决问题的方法，处于弄清机理，说明现象的定性阶段。从二十世纪六十年代中期以来，由于计算机技术、振动理论和结构动力学理论等的发展，为机床的动态性能研究提供了坚实的理论基础和先进的测试手段，使研究进入一个全新的计算机辅助分析和优化设计的定量研究阶段，系统地建立了机床动态特性的研究理论，达到了一定的实用程度，并在不断地深化和发展。1.2我国基础件现状 基础件是机床的重要组成部分。我的国对机械基础件在机械工业中的重要地位认识较晚，长期投入乏力，致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。随着我国主机水平的提高，机械基础件落后于主机的瓶颈现象日益显现。近年来，虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面，国家给予了一定的支持，但与当前市场需求及国外水平相比，仍有不少差距。具体表现在以下几个方面： 一、产品品种少，水平低，质量不稳定，早期故障率高，可靠性差。我国机械基础件产品品种、规格少，特别是高档产品差距较大，不能满足主机日益发展的需求。目前，各类主机基础件的性能指标大体相当于国外20世纪80年代水平。质量不稳定，早期故障率高，可靠性差，是基础件的致命弱点。因此，不少主机厂为提高其主机的市场竞争力，往往选择进口基础件配套。因而，国产基础件，特别是技术含量较低的产品，国内市场占有率在明显下降。虽然基础件产品出口有明显优势，但主要是劳动密集型产品，数量大，价值低，技术附加值不高。 二、重复建设严重，专业化程度低，形不成规模，经济效益差。机械基础件与主机相比，企业建立的初始资金和技术所需投入相对较少，因此在国家几次经济大发展时期，都增加了一批基础件生产企业。行业中已呈现大量的低水平重复建设，点多、批量小，形不成经济规模。基础件企业虽然逐渐独立于主机厂，但大多数企业本身就是“大而全”、“小而全”，专业化程度低，装备水平不高，质量不稳定，经济效益低下。例如，轴承行业哈轴、瓦轴、洛轴三家大型骨干企业年产轴承的总和还不到国外一家著名公司的50％，现在全国轴承厂
六层框架结构图书馆毕业设计
【内容摘要】：本设计主要进行了结构方案中横向框架③轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载、活荷载以及雪荷载）作用下的结构内力，结合EXCEL软件进行验算，并找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计（完成了平台板、梯段板、平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制）、楼盖的设计（完成了板的配筋和梁的配筋）、基础的设计等。【关键词】：框架结构结构计算抗震设计 【Abstract】:The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis③.When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated. Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. Then seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force, axial force & snow force) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed. The design of floors lab, foundation and “#”-floorslab is also be completed in the end. 【Keywords】: frames structures, structural design, anti-seismic design.