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: 2024-05-25 12:18:04 浏览: 147
本题需要给出非定常传热方程和热位移平衡方程的具体形式,以便进行求解。以下是一个可能的方程组:
非定常传热方程:
$$\frac{\partial T}{\partial t} = \frac{\alpha}{\rho c_p}\frac{\partial^2 T}{\partial x^2} + \frac{Q}{\rho c_p}$$
其中,$T$为温度,$t$为时间,$\alpha$为热扩散系数,$\rho$为密度,$c_p$为比热容,$Q$为热源项,可以表示为高斯激光辐照产生的能量密度。
热位移平衡方程:
$$\frac{\partial \sigma_{xx}}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{xy}}{\partial y} + \frac{\partial \tau_{xz}}{\partial z} = \alpha T \frac{\partial \epsilon_{xx}}{\partial x} + 2\alpha T \frac{\partial \epsilon_{yy}}{\partial x} + 2\alpha T \frac{\partial \epsilon_{zz}}{\partial x} + (\lambda + \mu)\frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial v}{\partial y} + \frac{\partial w}{\partial z}\right)$$
其中,$\sigma_{xx}$为应力张量的$x$分量,$\tau_{xy}$和$\tau_{xz}$为剪切应力张量的$xy$和$xz$分量,$\epsilon_{xx}$、$\epsilon_{yy}$和$\epsilon_{zz}$为应变张量的$x$、$y$和$z$分量,$\lambda$和$\mu$为Lamé常数,$u$、$v$和$w$为岩石的位移场。
根据上述方程组,可以编写matlab程序进行求解。具体步骤如下:
1. 确定岩石的物理参数和初始条件,包括密度、比热容、热扩散系数、Lamé常数、初始温度和位移场等。
2. 确定高斯激光辐照的能量密度分布,可以采用以下公式:
$$Q(x,t) = Q_0 \exp\left(-\frac{(x-vt)^2}{w^2}\right)$$
其中,$Q_0$为激光功率密度的峰值,$w$为激光束的宽度,$v$为激光束的移动速度。
3. 将非定常传热方程离散化,采用差分方法求解。可以使用matlab的pdepe函数进行求解,具体使用方法可以参考matlab官方文档。
4. 根据求得的温度场,利用热位移平衡方程求解应力场。同样采用差分方法离散化,可以使用matlab的ode45函数进行求解。
5. 将求得的温度场和应力场进行可视化,可以使用matlab的plot和surf函数绘制图形。可以绘制温度随时间和位置的变化曲线,以及应力分布的等值线或三维图形。
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