不同土壤结构下雷电电磁场数值模拟及其基于MATLAB的GUI设计开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

雷电是一种常见的自然灾害，其产生的电磁脉冲具有极强的瞬时能量，对电力系统、通信设备、航空航天等领域的安全运行构成严重威胁。

土壤作为雷电放电的最终通道，其电磁参数和结构特征对雷电电磁场的传播和分布特性具有显著影响。

研究不同土壤结构下雷电电磁场的传播规律，对于雷电防护装置的设计和优化、雷电灾害风险评估以及电磁兼容性分析等方面具有重要的理论意义和实际应用价值。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，国内外学者针对雷电电磁场数值模拟及土壤特性对电磁场传播影响方面开展了大量研究工作。

1. 国内研究现状

国内学者在雷电电磁场数值模拟方面取得了一定的成果，主要集中在以下几个方面：
雷电放电通道模型研究：提出了多种雷电流模型，如工程模型、heidler模型等，并将其应用于雷电电磁场计算。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

1. 主要内容

本课题主要内容包括以下几个方面：
1.研究雷电电磁场的理论基础，包括雷电电磁场的基本理论、麦克斯韦方程组、常用数值模拟方法以及土壤电磁特性参数等。

2.建立不同土壤结构模型，包括均匀土壤模型、分层土壤模型和复杂土壤结构模型，并分析不同土壤结构的特点和适用范围。

4. 研究的方法与步骤

本课题将采用理论分析、数值模拟和软件开发相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.收集并整理国内外相关文献资料，了解雷电电磁场数值模拟、土壤电磁特性以及matlabgui设计等方面的研究现状和最新进展，为课题研究奠定理论基础。

2.构建不同土壤结构模型，包括均匀土壤模型、分层土壤模型以及复杂土壤结构模型，并确定模型参数，为后续数值模拟提供基础。

3.基于麦克斯韦方程组和有限差分时域法（fdtd），推导雷电电磁场在不同土壤结构中的传播方程，并利用matlab软件编写fdtd程序代码，实现对雷电电磁场的数值模拟。

5. 研究的创新点

本课题的创新点主要体现在以下几个方面：
1.建立复杂土壤结构模型：相对于传统的均匀土壤模型，本课题将建立更贴近实际情况的复杂土壤结构模型，例如考虑土壤中岩石、空洞等非均匀因素，提高模拟结果的准确性和可靠性。

2.开发基于matlab的gui界面：设计用户友好的图形界面，实现对不同土壤结构、雷电参数等输入参数的灵活设置，以及对模拟结果的可视化展示和交互式分析，为雷电防护设计提供便捷工具。

3.分析土壤结构对雷电电磁场分布的影响：深入研究不同土壤结构对雷电电磁场传播的影响机制，揭示土壤电阻率、介电常数、层厚度等因素对电磁场分布的影响规律，为雷电防护提供理论依据。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 王健, 谢彦召, 崔翔, 等. 基于fdtd的雷电电磁脉冲地面传播特性研究[j]. 强激光与粒子束, 2019, 31(12): 125005.

[2] 李金池, 王赞基, 邓华, 等. 基于fdtd法的海上雷电回击电磁脉冲地面波传播特性研究[j]. 电工技术学报, 2021, 36(19): 4124-4134.

[3] 肖稳, 袁中, 谢维娜, 等. 基于ansys的架空线路雷电感应电压仿真分析[j]. 电力系统保护与控制, 2022, 50(18): 165-172.