[发明专利]一种考虑边界效应的线性叠加热传导计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑边界效应的线性叠加热传导计算方法。本方法首先选择代表性生热单元，然后模拟计算单位脉冲载荷条件下代表性生热单元对所有温度计算节点的温升数据，最后根据实际生热单元数量及其各自对应的实际载荷谱，按照前述模拟计算时得到的温升数据，对各个节点在所有实际生热单元单独作用下的温升数据进行累加汇总，从而实现了线性叠加算法，解决了热传导问题中的温度计算。由于本方法采用了线性叠加计算方法，因此可以节约大量的有限元计算时间。特别是当需要进行模拟的时间变长时，本发明的高效特性表现得更加明显。

技术领域

本发明属于热传导计算领域，具体为一种考虑边界效应的线性叠加热传导计算方法。

背景技术

热传导分析和设计是工程中广泛存在的重要问题。在航空航天飞行器、热工机械、能源和化工等工业装备的结构设计，以及铸造、焊接、加工、热处理等工艺设计中，热传导问题普遍存在。因此热传导问题的研究对于装备的结构设计以及工艺参数优化等研究具有重要的价值。

由于热传导问题的重要性，国内外学者进行了大量相关研究。近三十多年来，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法已广泛应用于分析热传导过程，常用的数值模拟方法包括:有限元法和有限差分法。但是由于热传导属于瞬态问题，因此数值模拟需要耗费大量的时间，这将严重影响装备的设计进程。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种考虑边界效应的线性叠加热传导计算方法，本方法不但测量方法简单，而且数值模拟计算高效快捷，同时计算结果准确可靠，极大地提高了设备的设计进程。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种考虑边界效应的线性叠加热传导计算方法，其包括如下步骤：

S1，选择代表性生热单元，模拟计算获得单位脉冲载荷下代表性生热单元对所有温度计算节点的温升数据，具体如下：

S11，对模型进行网格划分获得若干生热单元，所述模型中有若干温度计算节点；

S12，在划分后的模型网格中选择n个代表性生热单元，n≥2，所述代表性生热单元包括处于网格内侧的内部生热单元和处于网格边缘处的边界生热单元；

S13，任意取其中一个代表性生热单元，每次模拟计算时仅对此选中的代表性生热单元施加单位脉冲载荷，其他生热单元不产生任何热量，设边界条件与整个模型一致，计算并记录模型中的所有节点在选中的代表性生热单元施加单位脉冲载荷的条件下随时间变化的温升数据；

S14，依次对所有的代表性生热单元按照S13中的步骤进行模拟计算，从而建立所有节点在n个代表性生热单元分别单独施加单位脉冲载荷的条件下随时间变化的温升数据；

S2，实际发热时的线性叠加热传导计算过程，具体如下：

S21,获得实际生热单元数量m及各个实际生热单元的载荷谱，所述载荷谱为实际生热单元的实际加热时间点以及对应的加热时长；

S22，任意选取其中一个节点Ni，i＝1,2……k，k为所有需要获得温度变化的节点数量，将节点Ni的ΔTⁱ的初始值设为零，ΔTⁱ为节点Ni的温升；

S23，计算节点Ni在加热开始后某时刻T由于m个实际生热单元共同加热而产生的温升数据，步骤如下：

S231，任意选择其中一个实际生热单元即选定实际生热单元，根据选定实际生热单元与步骤S12中的代表性生热单元的位置适配情况，确定与选定实际生热单元相对应的代表性生热单元；

S232，按照选定实际生热单元的载荷谱，根据与选定实际生热单元相对应的代表性生热单元的温升数据，计算节点Ni在某时刻T时因选定实际生热单元单独加热而产生的温升数据；