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《耦合場(chǎng)理論、分析方法與數(shù)值仿真知識(shí)講解.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、耦合場(chǎng)理論、分析方法與數(shù)值仿真王省哲土木工程與力學(xué)學(xué)院2011.3課程主要內(nèi)容引言耦合場(chǎng)分析方法簡(jiǎn)介間接耦合分析方法直接耦合分析方法一些耦合場(chǎng)分析專題（包括基本模型、解析和數(shù)值分析方法等）力-熱耦合問(wèn)題流(氣)－固耦合問(wèn)題(電)磁－力耦合問(wèn)題風(fēng)－沙－電等耦合問(wèn)題課程學(xué)習(xí)方式課堂講授（主）+學(xué)生個(gè)人課后閱讀（輔）講授內(nèi)容是一些具有典型的文章資料（包括我自己的相關(guān)專題的研究經(jīng)歷）學(xué)生個(gè)人閱讀主要是提供的資料+個(gè)人從事的耦合問(wèn)題的內(nèi)容+個(gè)人感興趣的耦合場(chǎng)方向；課程成績(jī)（2部分組成＝平時(shí)考勤+期末?－－以提交課程報(bào)
2、告的方式）多場(chǎng)耦合問(wèn)題：(Muti-fieldscouplingproblem)研究?jī)蓚€(gè)或者兩個(gè)以上的場(chǎng)通過(guò)相互作用而形成的物理（或力學(xué)）現(xiàn)象的問(wèn)題。引言普遍存在于客觀世界普遍存在于工程應(yīng)用領(lǐng)域常見(jiàn)的耦合問(wèn)題：結(jié)構(gòu)-熱耦合、流-固耦合、結(jié)構(gòu)-電、結(jié)構(gòu)-磁耦合等…越來(lái)越多的耦合問(wèn)題：與智能材料關(guān)聯(lián)智能材料(Intelligentmaterial、Smartmaterial、daptivematerialandstructure)是二十世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一類新型復(fù)合材料。智能材料就是指具有感知環(huán)境（包括
3、內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境）刺激，對(duì)之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。智能材料需具備以下內(nèi)涵：具有感知功能，能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度，如電、光、熱、應(yīng)力、應(yīng)變、化學(xué)、核輻射等；具有驅(qū)動(dòng)功能，能夠響應(yīng)外界變化；能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)；反應(yīng)比較靈敏、及時(shí)和恰當(dāng)；當(dāng)外部刺激消除后，能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。智能材料主要種類形狀記憶合金（復(fù)合材料）；電流變體和磁流變體(液體和彈性體、膠體)；磁致伸縮材料（復(fù)合材料）；鐵電、壓電陶瓷；電致伸縮陶瓷；智能材料系統(tǒng)（電
4、、磁、溫度等敏感）；光、電致變色材料等；……多場(chǎng)耦合作用下的材料功能研究是科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿！耦合的分類：——從耦合的空間屬性上分類Felippaetal.Comput.meth.Appl.Mech.Engrg.，2001區(qū)域耦合——整個(gè)區(qū)域或部分區(qū)域內(nèi)多場(chǎng)共存，各場(chǎng)間無(wú)邊界。如：結(jié)構(gòu)-熱、結(jié)構(gòu)-電(磁)耦合…邊界耦合——各場(chǎng)間有明顯的邊界，場(chǎng)之間通過(guò)邊界作用實(shí)現(xiàn)相互作用。如：流-固耦合、空氣-彈性、壓電-結(jié)構(gòu)…多物理場(chǎng)：(Multiphysics)場(chǎng)尺度域“多場(chǎng)(Multi-field)”“多區(qū)域(Mult
5、i-domain)”“多尺度(Multi-scale)”系統(tǒng)同時(shí)存在多個(gè)物理場(chǎng)的激勵(lì)和響應(yīng)系統(tǒng)的各個(gè)具有不同特征的連續(xù)體通過(guò)邊(交)界之間的相互作用系統(tǒng)中不同尺度下從微觀到宏觀行為的連續(xù)一致跨越“一個(gè)”、或“多個(gè)”“納尺度”、“微尺度”、“宏觀尺度”耦合問(wèn)題領(lǐng)域幾個(gè)發(fā)展方向（“十一五”學(xué)科發(fā)展規(guī)劃）力-電-磁-熱耦合場(chǎng)的分析理論；智能材料的本構(gòu)關(guān)系；智能結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)與主被動(dòng)控制；耦合場(chǎng)的破壞力學(xué)、失效機(jī)理與智能器件的可靠性；風(fēng)-沙耦合、風(fēng)沙電耦合問(wèn)題凍土、巖石，應(yīng)力場(chǎng)-溫度場(chǎng)-流場(chǎng)-空氣泡耦合等蘭州大學(xué)電磁固
6、體力學(xué)研究組、風(fēng)沙物理研究組間接耦合&直接耦合方法間接耦合方法，或稱順序耦合、序貫耦合方法按照順序進(jìn)行兩次或更多次的相關(guān)場(chǎng)分析。物理或變形場(chǎng)1物理場(chǎng)2物理場(chǎng)3……耦合場(chǎng)分析方法例：結(jié)構(gòu)-熱分析溫度場(chǎng)分析熱載荷結(jié)構(gòu)變形場(chǎng)分析數(shù)學(xué)描述（以兩個(gè)場(chǎng)耦合為例）物理或力學(xué)變形場(chǎng)1：場(chǎng)變量u物理或力學(xué)變形場(chǎng)2：場(chǎng)變量?輸入初始值：?0?1???0獲得場(chǎng)1的解：ui作為初始值輸入獲得場(chǎng)2的解：?1直接耦合方法兩場(chǎng)或更多場(chǎng)的同時(shí)求解，以獲得耦合場(chǎng)的解。物理或變形場(chǎng)1物理場(chǎng)2物理場(chǎng)3……++耦合場(chǎng)的解數(shù)學(xué)描述（以兩個(gè)場(chǎng)耦合為例
7、）物理或力學(xué)變形場(chǎng)1：場(chǎng)變量u物理或力學(xué)變形場(chǎng)2：場(chǎng)變量?同時(shí)獲得場(chǎng)變量：u、?？?jī)煞N耦合分析方法的比較直接耦合方法間接耦合方法迭代思想分場(chǎng)求解、方程階數(shù)低適合非線性程度不高的問(wèn)題每個(gè)場(chǎng)分析中均采用收斂條件可能出現(xiàn)結(jié)果發(fā)散現(xiàn)象逆算子思想“合場(chǎng)”求解、方程階數(shù)高適合高度非線性問(wèn)題“合場(chǎng)”方程建立困難高維非線性問(wèn)題帶來(lái)的困難理論上講，不受問(wèn)題限制，適合任何耦合場(chǎng)分析如：壓電-結(jié)構(gòu)耦合、流動(dòng)-熱傳導(dǎo)耦合、電路-電磁場(chǎng)耦合等耦合場(chǎng)的分析方法：——解耦方法順序求解各個(gè)物理場(chǎng)或者力學(xué)變形場(chǎng)，將獲得了上一個(gè)場(chǎng)的相關(guān)信息后
8、代入下一個(gè)場(chǎng)進(jìn)行分析，最后獲得多場(chǎng)作用下的總效果。單向非雙向、考慮作用但非相互作用與影響并非真正的耦合，意義？實(shí)際上我們熟悉了太多這樣的問(wèn)題：溫度應(yīng)力問(wèn)題、早期的電磁結(jié)構(gòu)變形分析、小變形、低溫、低頻、低電磁場(chǎng)下結(jié)構(gòu)分析等…可以給出一些解析解，可作為考慮耦合效應(yīng)的考據(jù)解耦單向分析思路考慮了雙向的作用與影響就是順序耦合思想耦合問(wèn)題的求解（間接、直接耦合分析）主要適合解耦場(chǎng)分析、低維、低非線性可在某些條件下的線性化問(wèn)題
