现实工程中,物理场是许多的,温度场,应力场,湿度场等等均属于物理场,而我们要解决的许多问题是这些物理场的叠加问题,因为这些物理场之间是相互影响的。比如炼钢的时候温度高低对于应力分布就有影响。
定义
这种多个物理场相互叠加的问题就叫做多场耦合问题,也是一种耦合。
简介
随着计算机技术的迅速发展,在工程领域中,有限元分析(FEA)越来越多地用于仿真模拟,来求解真实的工程问题。这些年来,越来越多的工程师、应用数学家和物理学家已经证明这种采用求解偏微分方程(PDE)的方法可以求解许多物理现象,这些偏微分方程可以用来描述流动、电磁场以及结构力学等等。有限元方法用来将这些众所周知的数学方程转化为近似的数字式图象。
早期的有限元主要关注于某个专业领域,比如应力或疲劳,但是,一般来说,物理现象都不是单独存在的。例如,只要运动就会产生热,而热反过来又影响一些材料属性,如电导率、化学反应速率、流体的粘性等等。这种物理系统的耦合就是我们所说的多物理场,分析起来比我们单独去分析一个物理场要复杂得多。很明显,我们现在需要一个多物理场分析工具。
在上个世纪90年代以前,由于计算机资源的缺乏,多物理场模拟仅仅停留在理论阶段,有限元建模也局限于对单个物理场的模拟,最常见的也就是对力学、传热、流体以及电磁场的模拟。看起来有限元仿真的命运好像也就是对单个物理场的模拟。
现在这种情况已经开始改变。经过数十年的努力,计算科学的发展为我们提供了更灵巧简洁而又快速的算法,更强劲的硬件配置,使得对多物理场的有限元模拟成为可能。新兴的有限元方法为多物理场分析提供了一个新的机遇,满足了工程师对真实物理系统的求解需要。有限元的未来在于多物理场求解。
千言万语道不尽,下面只能通过几个例子来展示多物理场的有限元分析在未来的一些潜在应用。
...
(全文)