[發(fā)明專利]一種考慮邊界效應(yīng)的線性疊加熱傳導(dǎo)計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611215596.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN106777726B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江勇;陳學(xué)東;范志超;鄭成思;楊陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥通用機(jī)械研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明公開了一種考慮邊界效應(yīng)的線性疊加熱傳導(dǎo)計(jì)算方法。本方法首先選擇代表性生熱單元，然后模擬計(jì)算單位脈沖載荷條件下代表性生熱單元對(duì)所有溫度計(jì)算節(jié)點(diǎn)的溫升數(shù)據(jù)，最后根據(jù)實(shí)際生熱單元數(shù)量及其各自對(duì)應(yīng)的實(shí)際載荷譜，按照前述模擬計(jì)算時(shí)得到的溫升數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在所有實(shí)際生熱單元單獨(dú)作用下的溫升數(shù)據(jù)進(jìn)行累加匯總，從而實(shí)現(xiàn)了線性疊加算法，解決了熱傳導(dǎo)問題中的溫度計(jì)算。由于本方法采用了線性疊加計(jì)算方法，因此可以節(jié)約大量的有限元計(jì)算時(shí)間。特別是當(dāng)需要進(jìn)行模擬的時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)，本發(fā)明的高效特性表現(xiàn)得更加明顯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱傳導(dǎo)計(jì)算領(lǐng)域，具體為一種考慮邊界效應(yīng)的線性疊加熱傳導(dǎo)計(jì)算方法。

背景技術(shù)

熱傳導(dǎo)分析和設(shè)計(jì)是工程中廣泛存在的重要問題。在航空航天飛行器、熱工機(jī)械、能源和化工等工業(yè)裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及鑄造、焊接、加工、熱處理等工藝設(shè)計(jì)中，熱傳導(dǎo)問題普遍存在。因此熱傳導(dǎo)問題的研究對(duì)于裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工藝參數(shù)優(yōu)化等研究具有重要的價(jià)值。

由于熱傳導(dǎo)問題的重要性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量相關(guān)研究。近三十多年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬方法已廣泛應(yīng)用于分析熱傳導(dǎo)過程，常用的數(shù)值模擬方法包括:有限元法和有限差分法。但是由于熱傳導(dǎo)屬于瞬態(tài)問題，因此數(shù)值模擬需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，這將嚴(yán)重影響裝備的設(shè)計(jì)進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種考慮邊界效應(yīng)的線性疊加熱傳導(dǎo)計(jì)算方法，本方法不但測(cè)量方法簡(jiǎn)單，而且數(shù)值模擬計(jì)算高效快捷，同時(shí)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，極大地提高了設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)程。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種考慮邊界效應(yīng)的線性疊加熱傳導(dǎo)計(jì)算方法，其包括如下步驟：

S1，選擇代表性生熱單元，模擬計(jì)算獲得單位脈沖載荷下代表性生熱單元對(duì)所有溫度計(jì)算節(jié)點(diǎn)的溫升數(shù)據(jù)，具體如下：

S11，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分獲得若干生熱單元，所述模型中有若干溫度計(jì)算節(jié)點(diǎn)；

S12，在劃分后的模型網(wǎng)格中選擇n個(gè)代表性生熱單元，n≥2，所述代表性生熱單元包括處于網(wǎng)格內(nèi)側(cè)的內(nèi)部生熱單元和處于網(wǎng)格邊緣處的邊界生熱單元；

S13，任意取其中一個(gè)代表性生熱單元，每次模擬計(jì)算時(shí)僅對(duì)此選中的代表性生熱單元施加單位脈沖載荷，其他生熱單元不產(chǎn)生任何熱量，設(shè)邊界條件與整個(gè)模型一致，計(jì)算并記錄模型中的所有節(jié)點(diǎn)在選中的代表性生熱單元施加單位脈沖載荷的條件下隨時(shí)間變化的溫升數(shù)據(jù)；

S14，依次對(duì)所有的代表性生熱單元按照S13中的步驟進(jìn)行模擬計(jì)算，從而建立所有節(jié)點(diǎn)在n個(gè)代表性生熱單元分別單獨(dú)施加單位脈沖載荷的條件下隨時(shí)間變化的溫升數(shù)據(jù)；

S2，實(shí)際發(fā)熱時(shí)的線性疊加熱傳導(dǎo)計(jì)算過程，具體如下：

S21,獲得實(shí)際生熱單元數(shù)量m及各個(gè)實(shí)際生熱單元的載荷譜，所述載荷譜為實(shí)際生熱單元的實(shí)際加熱時(shí)間點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的加熱時(shí)長(zhǎng)；

S22，任意選取其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)Ni，i＝1,2……k，k為所有需要獲得溫度變化的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，將節(jié)點(diǎn)Ni的ΔTⁱ的初始值設(shè)為零，ΔTⁱ為節(jié)點(diǎn)Ni的溫升；

S23，計(jì)算節(jié)點(diǎn)Ni在加熱開始后某時(shí)刻T由于m個(gè)實(shí)際生熱單元共同加熱而產(chǎn)生的溫升數(shù)據(jù)，步驟如下：

S231，任意選擇其中一個(gè)實(shí)際生熱單元即選定實(shí)際生熱單元，根據(jù)選定實(shí)際生熱單元與步驟S12中的代表性生熱單元的位置適配情況，確定與選定實(shí)際生熱單元相對(duì)應(yīng)的代表性生熱單元；

S232，按照選定實(shí)際生熱單元的載荷譜，根據(jù)與選定實(shí)際生熱單元相對(duì)應(yīng)的代表性生熱單元的溫升數(shù)據(jù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)Ni在某時(shí)刻T時(shí)因選定實(shí)際生熱單元單獨(dú)加熱而產(chǎn)生的溫升數(shù)據(jù)；