[發明專利]一種基于等效質點假設的熱力特性數值模擬方法及系統

在審

• 申請號: 202010933587.7
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112149286A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 殷亞軍;龐楠;周建新;計效園
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種基于等效質點假設的熱力特性數值模擬方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，將三維實體等效為由多個等效質點組成的空間幾何；

S2，為相鄰的等效質點間建立連接關系，并獲取時刻t時所述連接關系中的熱平衡距離和幾何平衡距離以及溫度場，其中，所述熱平衡距離為兩等效質點間與溫度相關的等效距離，所述幾何平衡距離為確定溫度下等效質點與其相鄰等效質點的穩態幾何距離；

S3，獲取下一時刻t+dt時的溫度場，根據時刻t與時刻t+dt的溫差更新所述熱平衡距離，并根據更新后的所述熱平衡距離獲得對應的更新后的幾何平衡距離，以此方式直至溫度場變化結束，進而獲取所述三維實體在整個溫度場變化過程中的熱變形。

2.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，所述更新后的所述熱平衡距離的計算公式為：

其中，為t+dt時刻的熱平衡距離，也即更新后的所述熱平衡距離，為t時刻的熱平衡距離，T₁為等效質點P₁處在dt時間內的溫度變化，T₂為等效質點P₂處在dt時間內的溫度變化，所述等效質點P₁與等效質點P₂為相鄰連接的兩等效質點，α為(T₁+T₂)/2溫度下材料的熱膨脹系數。

3.根據權利要求2所述的數值模擬方法，其特征在于，步驟S3中，根據更新后的所述熱平衡距離獲得對應的更新后的幾何平衡距離具體為：

S31，獲取等效質點P_i的熱平衡位移向量和幾何位移向量，其中，所述熱平衡位移向量為以原點為起點并以熱平衡位置為終點的向量，所述幾何位移向量為以原點為起點并以計算的幾何位置為終點的向量，所述等效質點P_i為與等效質點P相鄰連接的向量，i＝1……N，N為與等效質點P相鄰連接的等效質點的總個數；

S32，根據所述熱平衡位移向量和幾何位移向量獲取所述等效質點P的幾何位移趨勢向量；

S33，將所述幾何位移趨勢向量作用于所述等效質點P獲得迭代后的所述等效質點P的幾何位置；

S34，重復執行步驟S31～S33，直至計算的所述幾何位移趨勢向量小于預設值，即獲得更新后的所述等效質點P的幾何平衡位置。

4.根據權利要求3所述的數值模擬方法，其特征在于，所述等效質點P的幾何位移趨勢向量d_s的計算公式為：

其中，E為迭代系數，0≤E≤1，為所述熱平衡位移向量，為所述幾何位移向量。

5.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，0≤E≤0.25。

6.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，步驟S31還包括根據范式等效應力準則判斷在所述熱平衡位移向量下是否發生塑性形變，若沒有發生塑性形變則執行步驟S32，若發生塑性形變，則對所述熱平衡位置進行修正，獲得新的熱平衡位置，其中，所述熱平衡位置的修正系數d_ε的計算公式為：

d_ε＝(E₁-E₂)·d_σ

其中，d_σ為時間dt內的等效應力應變變化值，E₁為所述三維實體的彈性模量，E₂為所述三維實體的塑性模量；

修正后的兩等效質點間的熱平衡距離的計算公式為：

其中，為上一次迭代修正后的兩等效質點間的熱平衡距離，為t時刻計算得到的幾何平衡距離。

7.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，步驟S1中將所述三維實體等效為多個等效質點的具體步驟為：

若所述三維實體為立方體網格，則將每個立方體網格的中心作為等效質點；

若所述三維實體為非規則網格，則將所述非規則網格的頂點作為等效質點。