假设你是matlab程序员,已知作用激光功率为P=600w,半径为w=1cm的基模高斯激光,已知岩石样品的密度为ρ=2g/cm3,比热容为C=0.75J/(g.K),热传导系数为K=4.4W/(m.K),假设岩石对光吸收率为η=0.6,岩石为长 x=10cm,宽y=10cm,高z=15cm的长方体体,初始温度T0=300K, 根据matlab软件利用有限差分法对内部结点,表面结点、棱边结点和顶点结点的分别进行隐式差分计算,获取材料不同深度下表面沿x轴的温度场和应力场
时间: 2023-06-16 09:07:58 浏览: 75
本题需要用到热传导方程和热传导的边界条件。
热传导方程:
$$\frac{\partial T}{\partial t} = \frac{K}{\rho C} (\frac{\partial^2 T}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 T}{\partial y^2}+\frac{\partial^2 T}{\partial z^2})$$
其中,$T$是温度,$K$是热传导系数,$\rho$是密度,$C$是比热容,$x,y,z$分别是空间中的三个坐标,$t$是时间。
边界条件:
1. 内部结点:$\frac{\partial T}{\partial t} = \frac{K}{\rho C} (\frac{\partial^2 T}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 T}{\partial y^2}+\frac{\partial^2 T}{\partial z^2})$。
2. 表面结点:$-\frac{K}{\rho C} \frac{\partial T}{\partial x} = \eta P$,其中$\eta$是岩石对光吸收率,$P$是激光功率。
3. 棱边结点和顶点结点:热传导方程的一阶导数边界条件。
根据有限差分法,可以将热传导方程离散化,然后用矩阵运算求解。具体步骤如下:
1. 将长方体体划分成若干个小立方体,每个小立方体的边长为$\Delta x$,$\Delta y$和$\Delta z$。
2. 将热传导方程离散化,得到:
$$T_{i,j,k}^{n+1}=T_{i,j,k}^{n}+\frac{K\Delta t}{\rho C}(\frac{T_{i+1,j,k}^{n+1}-2T_{i,j,k}^{n+1}+T_{i-1,j,k}^{n+1}}{(\Delta x)^2}+\frac{T_{i,j+1,k}^{n+1}-2T_{i,j,k}^{n+1}+T_{i,j-1,k}^{n+1}}{(\Delta y)^2}+\frac{T_{i,j,k+1}^{n+1}-2T_{i,j,k}^{n+1}+T_{i,j,k-1}^{n+1}}{(\Delta z)^2})$$
其中,$T_{i,j,k}^{n}$表示第$n$次迭代时在$x=i\Delta x$,$y=j\Delta y$,$z=k\Delta z$处的温度。
3. 根据边界条件,将方程转化为矩阵形式,然后用矩阵运算求解。
4. 根据求解结果,计算应力场。
下面是matlab代码示例:
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