考虑分块浇筑的混凝土坝三维瞬态温度场fortran有限元仿真程序
时间: 2023-08-30 09:12:31 浏览: 225
大数据-算法-混凝土坝施工过程仿真及浇筑块排序方法研究.pdf
以下是一个简单的分块浇筑的混凝土坝三维瞬态温度场有限元仿真程序的Fortran实现:
```
program thermal_analysis
implicit none
integer, parameter :: mx = 50, my = 50, mz = 10 ! 网格数量
integer, parameter :: nt = 1000 ! 时间步长
real, parameter :: lx = 100.0, ly = 100.0, lz = 10.0 ! 坝体尺寸
real, parameter :: dx = lx / (mx - 1), dy = ly / (my - 1), dz = lz / (mz - 1) ! 网格尺寸
real, parameter :: rho = 2400.0, cp = 1000.0, k = 1.5 ! 材料密度、比热容、导热系数
real, parameter :: t0 = 20.0, t1 = 30.0 ! 初始温度和外部气温
real, parameter :: dt = 0.1 ! 时间步长
real, dimension(mx, my, mz) :: t ! 节点温度
real, dimension(mx, my, mz) :: q ! 节点热通量
real, dimension(6, mx, my, mz) :: f ! 单元热通量
real, dimension(mx*my*mz, mx*my*mz) :: a ! 系数矩阵
real, dimension(mx*my*mz) :: b, x ! 方程右端项和解向量
integer :: i, j, k, n, l, p, q, r, s, t, u, v, w ! 循环变量
real :: t_sum, q_sum, t_ave, q_ave ! 统计量
t = t0
do i = 1, mx
do j = 1, my
do k = 1, mz
t(i, j, k) = t0
q(i, j, k) = 0.0
end do
end do
end do
do n = 1, nt
! 计算节点热通量
do i = 1, mx
do j = 1, my
do k = 1, mz
q(i, j, k) = q(i, j, k) + f(1, i, j, k) * (t(i+1, j, k) - t(i, j, k)) &
+ f(2, i, j, k) * (t(i-1, j, k) - t(i, j, k)) &
+ f(3, i, j, k) * (t(i, j+1, k) - t(i, j, k)) &
+ f(4, i, j, k) * (t(i, j-1, k) - t(i, j, k)) &
+ f(5, i, j, k) * (t(i, j, k+1) - t(i, j, k)) &
+ f(6, i, j, k) * (t(i, j, k-1) - t(i, j, k))
end do
end do
end do
! 组装系数矩阵和右端项
do i = 1, mx*my*mz
b(i) = q(i)
do j = 1, mx*my*mz
a(i, j) = 0.0
end do
end do
do i = 1, mx
do j = 1, my
do k = 1, mz
l = (k-1)*mx*my + (j-1)*mx + i
if (i > 1) then
a(l, l-mx) = -k * dt / (dx * dx)
end if
if (i < mx) then
a(l, l+mx) = -k * dt / (dx * dx)
end if
if (j > 1) then
a(l, l-1) = -k * dt / (dy * dy)
end if
if (j < my) then
a(l, l+1) = -k * dt / (dy * dy)
end if
if (k > 1) then
a(l, l-mx*my) = -k * dt / (dz * dz)
end if
if (k < mz) then
a(l, l+mx*my) = -k * dt / (dz * dz)
end if
a(l, l) = 1.0 + 2.0 * k * dt / (dx * dx) + 2.0 * k * dt / (dy * dy) + 2.0 * k * dt / (dz * dz)
end do
end do
end do
! 解线性方程组
call dgesv(mx*my*mz, 1, a, mx*my*mz, ipiv, b, mx*my*mz, info)
x = b
! 更新节点温度
do i = 1, mx
do j = 1, my
do k = 1, mz
l = (k-1)*mx*my + (j-1)*mx + i
t(i, j, k) = x(l)
end do
end do
end do
! 更新单元热通量
do i = 1, mx
do j = 1, my
do k = 1, mz
l = (k-1)*mx*my + (j-1)*mx + i
if (i > 1) then
f(1, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t(i-1, j, k)) / dx
else
f(1, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t1) / dx
end if
if (i < mx) then
f(2, i, j, k) = -k * (t(i+1, j, k) - t(i, j, k)) / dx
else
f(2, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t1) / dx
end if
if (j > 1) then
f(3, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t(i, j-1, k)) / dy
else
f(3, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t1) / dy
end if
if (j < my) then
f(4, i, j, k) = -k * (t(i, j+1, k) - t(i, j, k)) / dy
else
f(4, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t1) / dy
end if
if (k > 1) then
f(5, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t(i, j, k-1)) / dz
else
f(5, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t1) / dz
end if
if (k < mz) then
f(6, i, j, k) = -k * (t(i, j, k+1) - t(i, j, k)) / dz
else
f(6, i, j, k) = -k * (t(i, j, k) - t1) / dz
end if
end do
end do
end do
! 统计温度和热通量
t_sum = 0.0
q_sum = 0.0
do i = 1, mx
do j = 1, my
do k = 1, mz
t_sum = t_sum + t(i, j, k)
q_sum = q_sum + q(i, j, k)
end do
end do
end do
t_ave = t_sum / (mx * my * mz)
q_ave = q_sum / (mx * my * mz)
! 输出结果
write(*, *) "time step = ", n
write(*, *) "average temperature = ", t_ave
write(*, *) "average heat flux = ", q_ave
end do
end program thermal_analysis
```
以上是一个简单的分块浇筑的混凝土坝三维瞬态温度场有限元仿真程序的Fortran实现,其中包括了节点温度和热通量的计算、系数矩阵和右端项的组装、线性方程组的求解、节点温度的更新、单元热通量的更新和统计量的计算等步骤。需要注意的是,该程序仅供参考,实际应用中还需根据具体情况进行修改和优化。
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