利用matlab根据非定常传热方程求沿x轴速度v移动的基模高斯激光辐照岩石温度场,再根据热位移平衡方程求得应力场,

时间: 2024-06-11 08:06:03 浏览: 111
1. 非定常传热方程求解 在matlab中,可以使用偏微分方程求解器pdepe来求解非定常传热方程。具体步骤如下: (1)编写非定常传热方程的初始条件、边界条件和偏微分方程表达式。假设岩石材料的热导率为k,密度为ρ,比热容为c,初始温度为T0,沿x轴速度为v的高斯激光辐照岩石的非定常传热方程可以表示为: ρc∂T/∂t=k∂^2T/∂x^2 其中,t为时间,x为空间坐标。初始条件为T(x,0)=T0,边界条件为T(0,t)=T0,T(∞,t)=T0。这里假设高斯激光的辐照时间为τ,因此边界条件可以改写为T(τ,t)=T0。 (2)定义求解区域和网格。可以使用pdepe提供的函数defineGeometry来定义求解区域和网格。 (3)调用pdepe函数求解偏微分方程。将定义好的初始条件、边界条件和偏微分方程表达式以及求解区域和网格作为参数传入pdepe函数中。pdepe函数会返回时间步长和温度场的数值解。可以根据数值解绘制温度场的动态变化图。 示例代码如下: %% 定义常数 k = 2.5; % 热导率 rho = 2700; % 密度 c = 790; % 比热容 T0 = 25; % 初始温度 v = 0.1; % 沿x轴速度 tau = 10; % 辐照时间 %% 定义求解区域和网格 x = linspace(0, 1, 100); % 定义求解区域 t = linspace(0, 100, 1000); % 定义时间网格 m = 0; % 定义边界条件 x = x'; % 转置为列向量 t = t'; %% 调用pdepe函数求解偏微分方程 sol = pdepe(m, @pdefun, @icfun, @bcfun, x, t); %% 显示温度场图像 u = sol(:,:,1); surf(x, t, u); xlabel('x'); ylabel('t'); zlabel('T'); title('Temperature Field'); %% 定义偏微分方程表达式 function [c, f, s] = pdefun(x, t, u, dudx) k = 2.5; rho = 2700; c = 790; v = 0.1; c = rho * c; f = k * dudx; s = 0; end %% 定义初始条件 function u0 = icfun(x) T0 = 25; u0 = T0 * ones(size(x)); end %% 定义边界条件 function [pl, ql, pr, qr] = bcfun(xl, ul, xr, ur, t) T0 = 25; tau = 10; if xl == 0 % 左边界 pl = ul - T0; ql = 0; elseif xr == tau % 右边界 pl = ur - T0; ql = 0; else % 内部区域 pl = ul - ur; ql = 1; end pr = []; qr = []; end 2. 热位移平衡方程求解应力场 在得到温度场后,可以利用热位移平衡方程求解应力场。假设岩石为弹性材料,应力与应变之间满足胡克定律,即σ=Eε,其中E为弹性模量,ε为应变。应变可以由温度场和材料热膨胀系数α计算得到,即ε=α(T-T0),其中T0为参考温度。应力可以通过热位移平衡方程求解,即: σxx = -k(α(T-T0)+β(y-y0)) 其中,k为岩石的热导率,α为材料热膨胀系数,β为材料横向膨胀系数,y0为参考位置。将温度场代入上式,即可求得应力场。 示例代码如下: %% 定义常数 E = 70e9; % 弹性模量 alpha = 2e-5; % 热膨胀系数 beta = 1e-5; % 横向膨胀系数 k = 2.5; % 热导率 T0 = 25; % 参考温度 y0 = 0; % 参考位置 %% 计算应变和应力 T = u(1,:); % 从温度场中获取温度 epsilon = alpha * (T - T0); % 计算应变 sigma = -k * (epsilon + beta * (y - y0)); % 计算应力 %% 显示应力场图像 plot(x, sigma); xlabel('x'); ylabel('sigma'); title('Stress Field'); 综上,利用matlab可以方便地求解非定常传热方程和热位移平衡方程,得到基模高斯激光辐照岩石的温度场和应力场。

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