基于流形的電熱多物理場耦合數(shù)值模擬方法.pdf

1、電熱多物理場耦合是一個極為復(fù)雜的物理過程，該物理過程中通電、加熱同時進(jìn)行，材料溫度變化劇烈，屬性極不均勻，電和熱兩個物理場之間存在強(qiáng)烈的交互作用。耦合過程中，材料的電阻率、導(dǎo)熱系數(shù)等導(dǎo)電導(dǎo)熱性能隨工作溫度的變化而改變，材料的這些系數(shù)的改變將影響材料的性能，進(jìn)而影響材料內(nèi)部電場和溫度場的分布；電和熱等不同性質(zhì)的物理參數(shù)多，各種物理參數(shù)之間相互影響，部分參數(shù)可以直接控制和檢測，而部分參數(shù)只能通過調(diào)節(jié)其他參數(shù)間接地控制。在實(shí)際的生產(chǎn)中，廣泛地

2、存在著電熱多物理場耦合的物理過程，電熱鐓粗是一種典型的電熱多物理場耦合塑性加工工藝過程。因此，通過對耦合過程中電和熱相互作用機(jī)理的研究對指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程具有重要意義。
　　 本文基于國家自然科學(xué)基金《電熱鐓粗成形電熱力多物理場耦合大變形機(jī)理研究》，運(yùn)用數(shù)值流形方法推導(dǎo)電熱多物理場耦合數(shù)值流形格式，建立基于流形方法的電熱多物理場耦合機(jī)制，模擬電熱鐓粗成形預(yù)熱階段電熱多物理場耦合物理過程，揭示電熱鐓粗成形預(yù)熱階段電熱多物理場耦合中電

3、場和溫度場的分布規(guī)律。主要內(nèi)容如下：
　　 1.采用流形方法推導(dǎo)了電場的數(shù)值流形格式，建立了電場求解的數(shù)值流形方法，編寫了基于流形方法的電場數(shù)值模擬程序。將模擬程序應(yīng)用于電鐓成形預(yù)熱過程的電場分布分析，采用不同網(wǎng)格數(shù)量和不同覆蓋函數(shù)對電位分布進(jìn)行模擬，并以有限元分析軟件Marc分析結(jié)果作為基準(zhǔn)，結(jié)果表明：流形方法中，采用相同覆蓋函數(shù)時，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，計(jì)算精度升高；采用相同網(wǎng)格數(shù)量的流形單元時，隨著覆蓋函數(shù)階數(shù)的增加，計(jì)算精

4、度升高；采用較少數(shù)量的網(wǎng)格即可得到與有限元方法相同的計(jì)算精度。
　　 2.采用流形方法推導(dǎo)了溫度場的數(shù)值流形格式，建立了溫度場模擬的數(shù)值流形方法，編寫了基于流形方法的溫度場數(shù)值模擬程序。將模擬程序應(yīng)用于電鐓成形預(yù)熱過程的溫度場分布分析，采用不同網(wǎng)格數(shù)量和不同覆蓋函數(shù)對溫度場分布進(jìn)行模擬，并以有限元分析軟件Marc分析結(jié)果作為基準(zhǔn)，結(jié)果表明：流形方法中，采用相同覆蓋函數(shù)時，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，計(jì)算精度升高；采用相同網(wǎng)格數(shù)量的流形單

5、元時，隨著覆蓋函數(shù)階數(shù)的增加，計(jì)算精度升高；采用較少數(shù)量的網(wǎng)格即可得到與有限元方法相同的計(jì)算精度。
　　 3.建立了電熱耦合數(shù)值模擬的流形格式，編寫了基于流形方法的電熱耦合數(shù)值模擬程序，并將模擬程序應(yīng)用于電鐓成形預(yù)熱階段的電熱耦合分析，揭示了電熱鐓粗成形預(yù)熱階段電場和溫度場的分布形式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：電熱鐓粗成形預(yù)熱階段，材料內(nèi)部的電位分布并非呈現(xiàn)均勻狀，在靠近材料端面處，等位線較均勻且稀疏，在靠近夾持電極處，等位線較密集并呈現(xiàn)彎曲狀