沖擊荷載作用下多場(chǎng)耦合問(wèn)題數(shù)值模擬方法

1、博士學(xué)位論文沖擊荷載作用下多場(chǎng)耦合問(wèn)題數(shù)值模擬方法N u m e r i c a l S i m u l a t i o no fM u l t i —f i e l dC o u p l i n g P r o b l e mS u b j e c t e d t oI m p a c t L o a d s作者姓名： 塑鍪學(xué) 號(hào)： 1 0 9 0 3 0 3 4大連理工大學(xué)D a l i a nU n i v e r s i t y

2、 o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘 要在航空航天、激光技術(shù)、核電、軍事等領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)遇到諸如沖擊波、激光、碰撞等具有強(qiáng)間斷、高梯度變化特征的沖擊荷載作用下的多場(chǎng)耦合問(wèn)題。沖擊荷載作用下的耦合問(wèn)題往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的物理現(xiàn)象，針對(duì)這類問(wèn)題需要綜合考慮多學(xué)科知識(shí)才能深刻的認(rèn)識(shí)其本質(zhì)，進(jìn)而采用相應(yīng)的技術(shù)手段予以解決。近年來(lái)這類問(wèn)題的數(shù)值模擬已受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，目前在耦合計(jì)算精度、數(shù)值振蕩、信息插值

3、等方面仍存在著許多科學(xué)問(wèn)題亟待解決。有鑒于此，本文針對(duì)沖擊荷載作用下多場(chǎng)耦合問(wèn)題數(shù)值模擬方法開展了研究，針對(duì)不同的耦合問(wèn)題建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬方法，并在此基礎(chǔ)上集成了多場(chǎng)耦合分析計(jì)算的軟件平臺(tái)。全文的主要研究?jī)?nèi)容如下：( 1 ) 對(duì)具有強(qiáng)間斷、高梯度變化特征的沖擊荷載作用下雙曲型波傳播問(wèn)題進(jìn)行研究。針對(duì)時(shí)域連續(xù)G a l e r k i n 有限元方法在這類沖擊荷載作用下波傳播過(guò)程中出現(xiàn)的虛假的非物理數(shù)值振蕩進(jìn)行分析，通過(guò)引入比例剛度阻

4、尼的辦法對(duì)原有時(shí)域間斷G a l e r k i n 有限元方法進(jìn)行改進(jìn)。采用改進(jìn)的時(shí)域間斷G a l e r k i n 有限元方法針對(duì)一維和二維的彈性波、彈塑性波傳播問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示改進(jìn)的時(shí)域間斷G a l e r k i n 有限元方法在較好濾去了波后虛假的高頻非物理數(shù)值振蕩的同時(shí)，較好地濾去了波前虛假的高頻非物理數(shù)值振蕩。進(jìn)一步對(duì)激光作用下雙曲型非F o u r i e r 熱傳導(dǎo)問(wèn)題進(jìn)行研究，采用時(shí)域間斷G a k

5、 e r l i n 有限元方法對(duì)強(qiáng)脈沖激光作用下的半無(wú)限體、薄膜結(jié)構(gòu)的非F o u r i e r 熱傳導(dǎo)行為以及強(qiáng)激光脈沖作用下生物組織的非F o u r i e r 熱效應(yīng)及熱損傷行為進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示時(shí)域間斷G a l e r k i n 有限元法在高頻激光脈沖數(shù)值計(jì)算中，具有濾去虛假的數(shù)值振蕩的能力，能夠較好的模擬固體介質(zhì)受瞬態(tài)激光熱源后的熱傳導(dǎo)過(guò)程，具有廣泛的應(yīng)用性。( 2 ) 采用時(shí)域間斷G a l e r k i

6、n 有限元方法和基于新幾何守恒律的有限體積方法建立了針對(duì)沖擊荷載作用下的流固耦合新松耦合數(shù)值模擬方法。針對(duì)壓力以及熱流密度等流場(chǎng)信息的數(shù)值傳遞方法進(jìn)行分析，提出采用具有與流場(chǎng)有限體積法同樣精度的梯度法進(jìn)行信息傳遞。針對(duì)徑向基函數(shù)方法在界面上間斷信息傳遞過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)值振蕩，提出引入B a t h e 限制器，較好的消除了間斷信息傳遞過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)值振蕩。通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)問(wèn)題、翼型顫陣問(wèn)題以及二維圓管氣動(dòng)熱問(wèn)題的計(jì)算驗(yàn)證了本文流固位移場(chǎng)耦合計(jì)