静磁场有限元模型数值精度的定量评估
加速器物理
2021-06-03 v2
摘要
我们提出了用于评估有限元模型中静态磁场计算数值精度的定量方法。我们的计算使用了达索系统(Dassault Systèmes)的三维Opera仿真软件套件。我们评估边缘场效应的需求要求使用此类三维算法。虽然我们确实讨论并将我们的方法与Opera后处理器中使用的精度估计方法进行了比较,但我们的方法通常适用于任何在有限元系统中使用松弛技术的模型。为便于说明,我们展示了对目前运行于康奈尔电子存储环(CESR)南弧中的两类四极电磁铁的建模与分析。我们讨论了场多极展开系数的计算以及在无源区域中相对麦克斯韦方程组的数值偏差,重点强调其精度对有限元模型改变的依赖关系。对于CESR南弧非提取型四极铁,有限元模型的逐步细化使磁轴上的旋度矢量纵向分量的RMS值从 T/m降低到 T/m,降低近70倍,相当于场梯度的0.0021%。对于在1 cm半径处纵向垂直场梯度积分中十二极系数为四极系数的的情况,达到了2.9%的精度。
引用
@article{arxiv.2101.05843,
title = {Quantitative Assessment of Finite-element Models for Magnetostatic Field Calculations},
author = {J. A. Crittenden},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.05843},
year = {2021}
}
备注
Updated with accepted manuscript. 22 pages, 10 figures, 3 tables, 23 citations