《计算电磁学中的确定性建模和随机建模》

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日期:2023-11-25

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作品总结

《计算电磁学中的确定性建模和随机建模

确定性计算模型是指所有输入都被精确已知的模型,而随机建模反映了数据输入中一个或多个的不确定性和随机性。因此,计算工程中的许多问题需要并行使用确定性和随机性建模,允许不同程度的确信度,并纳入不同类型的的数据集。特别是非侵入性的随机方法可以很容易地与广泛使用的确定性方法相结合,使得这种更健壮的数据分析形式可以应用于一系列计算挑战。
《确定性建模和随机建模在计算电磁学中的应用》提供了一种罕见的并行确定性-随机计算建模及其有益应用的处理方法。与同类作品不同,它通常将确定性和随机建模相互孤立地处理,它的目的是证明组合方法的实用性,并呈现需要这种方法的特定用例。它提供了一种非侵入性的随机方法,可以以最小的努力纳入几乎所有的现有计算模型中。
本书讲解了在工程电磁学中使用的计算模型,其中大多数是确定性的,即处理一组精确的输入数据,这组数据可以是材料属性或几何形状。然而,在许多情况下,输入数据集存在不确定性,因为某些系统属性部分或完全未知。因此,需要使用随机方法来确定给定响应的相关统计信息,从而为作为给定确定性模型输出的数值结果提供置信区间评估。特别有趣的是非侵入性的随机方法,这些方法可以很容易地与广泛使用的、成熟的确定性模型相结合,通过有效地后处理确定性模型产生的数值结果。
这本书的目的是展示并行使用确定性模型和随机模型的效率,其中结合了成熟的解析/数值方法和随机分析技术。书中介绍的非侵入性随机方法可以很容易地整合到大多数计算电磁学模型中,旨在快速提供对输入参数和输出之间关系的更深入了解。
书中提供了各种示例,以清楚地展示确定性-随机方法在CEM模型中的效率,每章末尾都给出了参考列表。这本书提供了计算示例,说明了随机配置(SC)技术在地面穿透雷达(GPRs)、接地系统、5G系统的辐射、人类暴露于电磁场、经颅磁刺激(TMS)、经颅电刺激(TES)、埋地线的瞬态分析以及仪表着陆系统(ILS)的设计等领域的应用。


这本书分为三部分。第一部分概述了古典电磁学的基础和数值建模的基础知识。第二部分涉及与频率域和时域中的细线分析、GHz频率范围内电磁场对人体的暴露以及等离子体约束等跨学科现象有关的确定性模型。最后,第三部分完全致力于随机建模,详细描述了SC方法和灵敏度分析。第三部分还包含一些应用,这些应用源于电磁热剂量学、生物医学应用、电磁兼容性(EMC)、GPRs、接地系统、空中交通控制系统和等离子体中的传输现象。 
本书的主要材料以作者以前发表的论文为基础,经过适当修改,以统一的格式和设计呈现结果。计划编写其他相关材料,以完善已发表工作的某些细节和扩展。还包含其他相关工作的广泛参考列表。目标是提供关于CEM不同领域确定性-随机建模的参考,涵盖细线天线的频率和时域分析及其各种应用、电磁兼容性、线路和电缆的计算模型、闪电、接地系统、GPRs、磁流体力学、生物电磁学以及电磁场的生物医学应用。 
由于本书涵盖了电磁热剂量学、磁流体力学和等离子体物理等多个学科的现象,作者希望它能够引起多学科研究人员、工程师、物理学家和数学家的兴趣。

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