沖擊荷載作用下多場耦合問題數(shù)值模擬方法

1、博士學位論文沖擊荷載作用下多場耦合問題數(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 號： 1 0 9 0 3 0 3 4大連理工大學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大連理工大學博士學位論文摘 要在航空航天、激光技術、核電、軍事等領域經(jīng)常會遇到諸如沖擊波、激光、碰撞等具有強間斷、高梯度變化特征的沖擊荷載作用下的多場耦合問題。沖擊荷載作用下的耦合問題往往呈現(xiàn)出復雜的物理現(xiàn)象，針對這類問題需要綜合考慮多學科知識才能深刻的認識其本質(zhì)，進而采用相應的技術手段予以解決。近年來這類問題的數(shù)值模擬已受到國內(nèi)外眾多學者的廣泛關注，目前在耦合計算精度、數(shù)值振蕩、信息插值

3、等方面仍存在著許多科學問題亟待解決。有鑒于此，本文針對沖擊荷載作用下多場耦合問題數(shù)值模擬方法開展了研究，針對不同的耦合問題建立了對應的數(shù)值模擬方法，并在此基礎上集成了多場耦合分析計算的軟件平臺。全文的主要研究內(nèi)容如下：( 1 ) 對具有強間斷、高梯度變化特征的沖擊荷載作用下雙曲型波傳播問題進行研究。針對時域連續(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程中出現(xiàn)的虛假的非物理數(shù)值振蕩進行分析，通過引入比例剛度阻

4、尼的辦法對原有時域間斷G a l e r k i n 有限元方法進行改進。采用改進的時域間斷G a l e r k i n 有限元方法針對一維和二維的彈性波、彈塑性波傳播問題進行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示改進的時域間斷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，較好地濾去了波前虛假的高頻非物理數(shù)值振蕩。進一步對激光作用下雙曲型非F o u r i e r 熱傳導問題進行研究，采用時域間斷G a k

5、 e r l i n 有限元方法對強脈沖激光作用下的半無限體、薄膜結(jié)構的非F o u r i e r 熱傳導行為以及強激光脈沖作用下生物組織的非F o u r i e r 熱效應及熱損傷行為進行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示時域間斷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過程，具有廣泛的應用性。( 2 ) 采用時域間斷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。針對壓力以及熱流密度等流場信息的數(shù)值傳遞方法進行分析，提出采用具有與流場有限體積法同樣精度的梯度法進行信息傳遞。針對徑向基函數(shù)方法在界面上間斷信息傳遞過程中出現(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程中出現(xiàn)的數(shù)值振蕩。通過活塞運動問題、翼型顫陣問題以及二維圓管氣動熱問題的計算驗證了本文流固位移場耦合計