耦合热弹塑性动力问题的广义插值物质点法研究
发布时间：2021-11-20 08:52
传热和热力耦合是科学研究和工程实际中普遍存在的自然现象,在材料结构设计、航空装备防护、自然灾害预测等领域具有广泛的应用。材料与结构一体化热力耦合模型与算法研究是力学、数学、物理学与材料科学等多学科交叉的研究领域,也是工业生产和装备制造中需要着重解决的基础问题。因此,建立多物理场耦合模型,发展高效的数值算法,研究材料和结构在热力荷载下的耦合热弹塑性动力响应和损伤破坏行为的机理,探索热力耦合行为的内在规律,对于材料设计和优化以及结构性能安全评估具有重要意义。广义插值物质点法作为一种粒子类无网格方法,在多场耦合和损伤破坏等问题的数值模拟方面具有一定的优势,在材料和结构的动力问题中得到了广泛的应用,已成为科学与工程计算中常用的数值方法之一。然而在热力耦合问题中,由于尚未发展热传导问题的物质点法模型,一般采用物质点法进行动力分析,结合其他方法进行传热分析。为了解决耦合场算法的不一致的问题,本文建立了热力耦合分析的广义插值物质点法统一求解框架。首先提出热传导问题的广义插值物质点法模型;然后发展耦合热弹塑性动力问题的广义插值物质点法及其轴对称形式;最后针对热软化和应变局部化问题建立基于Cossera...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２热力耦合的应用：（ａ）搅拌摩擦焊（ｂ）航空发动机Ｗ；?（ｃ）飞船返回舱??（ｄ）金属切削［６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ：?（ａ）?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｓｔｉｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ⑶，（ｂ）?ａｉｒｃｒａｆｔ?ｅｎｇｉｎｅ［４］，??
为了解决上述问题，需要在模型中引入适当的正则化机制来阻止方程性态的转变。??前广泛采用的正则化机制按照处理方式的不同可以分为两种类型［５３，５４］：离散型模型和??弥散型模型。离散型的正则化模型一般适用于强间断的剪切带，如扩展有限元和强间断??方法。扩展有限元最初是用于裂纹问题的分析［５５，５６］，也被成功用于应变局部化现象的模??拟［５７，５８３。强间断方法最初由Ｓｉｍｏ和Ｏｌｉｖｅｒ等提出，并将其发展到二维平面问题［６１，＠。??ｕ等［５３，５４］发展了饱和多孔介质局部化问题的强间断多尺度有限元模型，在水力压裂问??题中取得了良好的效果。弥散型的正则化模型常用于弱间断的剪切带分析，这种方法得??到的剪切带往往具有一定的宽度，且跟材料参数的选取有关，主要包括非局部理论、梯??塑性理论、广义连续体理论（也称为Ｃｏｓｓｅｒａｔ理论）。梯度塑性理论由ｎｅｃｋ和??ｕｔｃｈｉｎｓｏ＃３’６４１在２０世纪９０年代提出，采用转动应变梯度和拉伸应变梯度作为正则化??制，随后被大量学者用于分析应变局部化问题和断裂问题［６５￣６７］。Ｚｈａｎｇ和ＳＣｈｒｅｆｌｅｒ［６８］??用梯度塑性理论对多孔介质的动力应变局部化问题进行了研究Ｊｉｒｉｓｅｋ和Ｒｏｌｓｈｏｖｅｎ＾??塑性梯度理论的基本性质做了详细的描述＝然而，梯度塑性理论在每个节点引入了塑??乘子自由度，一般采用罚函数法求解，带来了更多的计算量。??Ｃｏｓｓｅｒａｔ连续体理论在经典理论的框架下，引入了描述材料内尺度参数的特征长度??
稱合热弹塑性动力问题的广义插值物质点法研究程和计算形函数梯度。物质点法的求解过程主理信息通过形函数映射到背景网格；然后在背动量；再将更新后的动量映射回物质点，得到时间步结束时，将变形的背景网格重置为初始算流程中可以看出，物质点法需要在质点和网算效率比有限元低，但是相对于有限元，物质问题中具有较大的优势。??＂
【参考文献】：
期刊论文
[1]应变局部化分析的嵌入强间断多尺度有限元法[J]. 卢梦凯,张洪武,郑勇刚. 力学学报. 2017(03)
[2]激光辐照诱导的热与力学效应[J]. 宋宏伟,黄晨光. 力学进展. 2016(00)
[3]The improved element-free Galerkin method for three-dimensional transient heat conduction problems[J]. ZHANG Zan,WANG JianFei,CHENG YuMin,LIEW Kim Meow. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(08)
[4]物质点法的理论和应用[J]. 廉艳平,张帆,刘岩,张雄. 力学进展. 2013(02)
[5]饱和多孔介质动力学大变形分析耦合对流粒子域插值方法[J]. 张洪武,高菲,郑勇刚,王鲲鹏. 应用力学学报. 2012(05)
[6]瞬态热传导方程的SPH法[J]. 章文捷,王小惠,江顺亮. 化学工程与装备. 2010(10)
[7]基于物质点方法饱和多孔介质动力学模拟（Ⅱ）——饱和多孔介质与固体间动力接触分析[J]. 张洪武,王鲲鹏,陈震. 岩土工程学报. 2009(11)
[8]基于物质点方法饱和多孔介质动力学模拟（Ⅰ）——耦合物质点方法[J]. 张洪武,王鲲鹏,陈震. 岩土工程学报. 2009(10)
[9]薄膜破坏过程数值模拟的MPM方法[J]. 郑勇刚,顾元宪,陈震. 力学学报. 2006(03)
[10]平面Cosserat模型有限元分析的4和8节点单元与分片试验研究[J]. 张洪武,王辉. 计算力学学报. 2005(05)
硕士论文
[1]热传导问题的插值型无单元伽辽金方法[D]. 赵娜.太原科技大学 2014
本文编号：3506985
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２热力耦合的应用：（ａ）搅拌摩擦焊（ｂ）航空发动机Ｗ；?（ｃ）飞船返回舱??（ｄ）金属切削［６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ：?（ａ）?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｓｔｉｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ⑶，（ｂ）?ａｉｒｃｒａｆｔ?ｅｎｇｉｎｅ［４］，??
为了解决上述问题，需要在模型中引入适当的正则化机制来阻止方程性态的转变。??前广泛采用的正则化机制按照处理方式的不同可以分为两种类型［５３，５４］：离散型模型和??弥散型模型。离散型的正则化模型一般适用于强间断的剪切带，如扩展有限元和强间断??方法。扩展有限元最初是用于裂纹问题的分析［５５，５６］，也被成功用于应变局部化现象的模??拟［５７，５８３。强间断方法最初由Ｓｉｍｏ和Ｏｌｉｖｅｒ等提出，并将其发展到二维平面问题［６１，＠。??ｕ等［５３，５４］发展了饱和多孔介质局部化问题的强间断多尺度有限元模型，在水力压裂问??题中取得了良好的效果。弥散型的正则化模型常用于弱间断的剪切带分析，这种方法得??到的剪切带往往具有一定的宽度，且跟材料参数的选取有关，主要包括非局部理论、梯??塑性理论、广义连续体理论（也称为Ｃｏｓｓｅｒａｔ理论）。梯度塑性理论由ｎｅｃｋ和??ｕｔｃｈｉｎｓｏ＃３’６４１在２０世纪９０年代提出，采用转动应变梯度和拉伸应变梯度作为正则化??制，随后被大量学者用于分析应变局部化问题和断裂问题［６５￣６７］。Ｚｈａｎｇ和ＳＣｈｒｅｆｌｅｒ［６８］??用梯度塑性理论对多孔介质的动力应变局部化问题进行了研究Ｊｉｒｉｓｅｋ和Ｒｏｌｓｈｏｖｅｎ＾??塑性梯度理论的基本性质做了详细的描述＝然而，梯度塑性理论在每个节点引入了塑??乘子自由度，一般采用罚函数法求解，带来了更多的计算量。??Ｃｏｓｓｅｒａｔ连续体理论在经典理论的框架下，引入了描述材料内尺度参数的特征长度??
稱合热弹塑性动力问题的广义插值物质点法研究程和计算形函数梯度。物质点法的求解过程主理信息通过形函数映射到背景网格；然后在背动量；再将更新后的动量映射回物质点，得到时间步结束时，将变形的背景网格重置为初始算流程中可以看出，物质点法需要在质点和网算效率比有限元低，但是相对于有限元，物质问题中具有较大的优势。??＂
【参考文献】：
期刊论文
[1]应变局部化分析的嵌入强间断多尺度有限元法[J]. 卢梦凯,张洪武,郑勇刚. 力学学报. 2017(03)
[2]激光辐照诱导的热与力学效应[J]. 宋宏伟,黄晨光. 力学进展. 2016(00)
[3]The improved element-free Galerkin method for three-dimensional transient heat conduction problems[J]. ZHANG Zan,WANG JianFei,CHENG YuMin,LIEW Kim Meow. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(08)
[4]物质点法的理论和应用[J]. 廉艳平,张帆,刘岩,张雄. 力学进展. 2013(02)
[5]饱和多孔介质动力学大变形分析耦合对流粒子域插值方法[J]. 张洪武,高菲,郑勇刚,王鲲鹏. 应用力学学报. 2012(05)
[6]瞬态热传导方程的SPH法[J]. 章文捷,王小惠,江顺亮. 化学工程与装备. 2010(10)
[7]基于物质点方法饱和多孔介质动力学模拟（Ⅱ）——饱和多孔介质与固体间动力接触分析[J]. 张洪武,王鲲鹏,陈震. 岩土工程学报. 2009(11)
[8]基于物质点方法饱和多孔介质动力学模拟（Ⅰ）——耦合物质点方法[J]. 张洪武,王鲲鹏,陈震. 岩土工程学报. 2009(10)
[9]薄膜破坏过程数值模拟的MPM方法[J]. 郑勇刚,顾元宪,陈震. 力学学报. 2006(03)
[10]平面Cosserat模型有限元分析的4和8节点单元与分片试验研究[J]. 张洪武,王辉. 计算力学学报. 2005(05)
硕士论文
[1]热传导问题的插值型无单元伽辽金方法[D]. 赵娜.太原科技大学 2014
本文编号：3506985
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3506985.html
