[发明专利]越过定向空间边界后相变的两相材料的数值模拟方法及系统

说明书

公开了一种越过定向空间边界后相变的两相材料的数值模拟。FEA模型包括表示两相材料的有限元。每个有限元与一材料标识符相关联，该材料标识符包括分别与两相材料的第一和第二相相对应的第一和第二组材料属性。每个有限元初始分配第一组材料属性。在时间推进模拟期间的每一个求解周期中，对于瞬时相变，处于同一材料标识符下的第二组材料属性分配给那些被确定已经越过定向空间边界的有限元。对于渐进相变，位于转变区域的有限元的材料属性是通过第一和第二组材料属性的插值进行计算。数值模拟结构行为与根据相同的材料标识符集合在一起的有限元一起计算。

技术领域

本发明涉及计算机辅助工程分析，更具体地说，涉及一种两相材料的数值模拟方法及系统，该两相材料在越过定向空间边界后相变。

背景技术

有限元是一种常用的数值模拟计算方法，在工程设计和科研领域得到非常广泛的应用。但目前缺少有效的模拟两相材料相变的方法和系统。

发明内容

本发明公开了一种越过定向空间边界后相变的两相材料的数值模拟方法、系统及软件产品。两相材料的定向空间边界的定义和包括多个用于表示两相材料的有限元的有限元分析(FEA)模型由安装有至少一应用模块的计算机系统接收。每个有限元与一材料标识符相关联，该材料标识符包括分别与两相材料的第一和第二相相对应的第一和第二组材料属性。两相材料在越过定向空间边界后由第一相变为第二相。

每个有限元初始分配第一组材料属性。使用FEA模型以获取两相材料在材料流动方向上移动的数值模拟结构行为的时间推进模拟被进行。在时间推进模拟期间的多个求解周期的每一个中，对于具有瞬时相变的定向空间边界，处于同一材料标识符下的第二组材料属性分配给那些被确定已经越过定向空间边界的有限元。对于具有渐进相变的定向空间边界，位于转变区域的有限元的材料属性通过处于同一材料标识符下的第一和第二组材料属性的插值进行计算。

数值模拟结构行为与根据相同的材料标识符集合在一起的有限元一起计算。

在一实施例中，定向空间边界包括将三维空间分成两个区域的平面。两相材料在越过该平面后立即相变。该平面由第一和第二节点定义，第一节点位于平面上，第二节点用于定义材料流动方向。

在另一实施例中，定向空间边界包括第一和第二平行平面，分别用于两相材料的相变的开始和结束。两平行平面由第一和第二节点定义，第一节点位于第一平面上，第二节点位于第二平面上。材料流动方向由第一节点到第二节点的方向定义。

本发明的一个优点是关于计算效率。在用于时间推进模拟中的显式解技术中，所需的用于两相材料的第一相和第二相的最小时间步长大小可以截然不同。两相的材料属性在同一材料标识符下定义，这允许有限元被集合在一起以采用某些数值算法以加速计算，例如，子循环。

本发明的其他目的、特征和优点是显而易见的，在仔细阅读以下实施例的详细描述，并结合附图。

附图说明

本发明的这些和其他特征、方面以及优点会被更好的理解，对于以下叙述、所附权利要求以及如下附图：

图1a-1b共同示出了模拟越过定向空间边界后相变的两相材料的一示例方法的流程,根据本发明的一实施例；

图2a-2c为示出了表示两相材料的FEA模型越过第一示例定向空间边界的一系列图,根据本发明的一实施例；

图3a-3c为示出了表示两相材料的FEA模型越过第二示例定向空间边界的一系列图，根据本发明的一实施例；

图4a为表示在图2a-2c中的第一示例定向空间边界的透视示意图；

图4b为表示在图3a-3c中的第二示例定向空间边界的透视示意图；

图5为表示被有限元分析应用模块处理的有限元的示例集合方案图；和