Сопоставьте аналитическое решение, исходный файл модели и численный результат. Простые постановки помогают обнаружить ошибку единиц, знака, материала или границы до расчёта реального устройства.
Схемы физических постановок. Стрелки обозначают поле или поток; это учебная иллюстрация.
Магнитное поле: воздушная катушка
Сохранённый магнитный эталон курса — осесимметричная воздушная катушка с отдельными проверками сетки и внешней границы. Сравнение с формулой тонкостенного соленоида учитывает различие геометрий. Исходные модели, результаты и снимки сохранены.
Во всех трёх постановках боковые границы исключают поперечный поток. Поэтому решение одномерно, хотя расчёт выполнен на двумерной треугольной сетке. Указана максимальная относительная ошибка двух проверяемых величин в центре.
Нативный расчёт проверен
Электростатический конденсатор
\(\varepsilon _{r} = 2\); прямоугольник 10 × 10 мм; глубина 100 мм. Слева 0 В, справа 100 В; боковые границы изолированы.
Точный ответ в центре: \(V = 50\) В; \(E_{x} = -10 000\) В/м
Экспорт узлового потенциала из coax-0.2.res: 20 578 узлов. Точки профиля восстановлены линейной интерполяцией внутри треугольников; сплошная линия — независимый аналитический эталон.
Радиусы электродов 5 и 15 мм, длина 100 мм, \(\varepsilon _{r} = 3{,}2\), напряжение 1000 В. Точная ёмкость \(C = 2\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}l / \ln (b/a) = 16{,}20444\) пФ. В отличие от плоского эталона поле изменяется как \(1/r\).
На наиболее подробной сетке ошибка ёмкости составляет около 0,0125 %, ошибка радиальной напряжённости в контрольной точке — 0,266 %. Потенциал в точке сходится немонотонно: проверка одного интеграла не доказывает точность всех локальных величин. В этой серии шаг сетки и угол дуги изменяются одновременно; их отдельные вклады в ошибку не разделены.
Запустите её во встроенном Python FEMM 5 из этой папки. Программа создаёт три модели и решения, затем проверяет потенциал или температуру и продольную компоненту поля или потока.
Откройте result.json: для каждой задачи приведены ожидание, численный результат и относительная ошибка. Успешный запуск заканчивается passed: true.
Измените один физический параметр и сначала пересчитайте аналитическое ожидание. Для новой геометрии отдельно проверяйте сетку и границы.
Программа записывает файлы с фиксированными именами; используйте отдельную папку, чтобы сохранить собственные модели.
В тепловом эталоне сравните температуру и поток \(q_x=-k\,dT/dx\) с аналитическим решением. Производную \(dT/dx\) определяйте по профилю температуры и согласуйте её знак с выбранной осью.
Проверка относится к трём линейным стационарным задачам и указанным наблюдаемым величинам. Нелинейные материалы, угловые особенности, нестационарное тепло и гармонический ток требуют дополнительных проверок. Аналитические мини-лабораторные в занятиях отмечены отдельно от нативного FEMM.