材料學(xué)科中物理場的數(shù)值模擬 -實(shí)驗(yàn)報告

1、 實(shí)驗(yàn)課程名稱：計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱材料學(xué)科中物理場的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)者專業(yè)班級材科組別同組者實(shí)驗(yàn)日期2017年4月25日第一部分：實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計(可加頁)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求(問題域描述)內(nèi)容：了解材料科學(xué)與工程中溫度場的數(shù)值模擬方法；用MATLAB的偏微分方程(PDE)工具箱分析簡化的材料科學(xué)與工程中的溫度場。題目1：考慮一個帶有矩形孔的金屬板上的熱傳導(dǎo)問題。板的左邊保持在100c，板的右邊熱量從板向環(huán)境空氣定常流動，其他邊及內(nèi)孔邊界保持絕緣。初始t二to時板的溫度為0,于是概括為如下定解問題：duAu=dtu=100,duorchidR1左邊界條件R1右邊界條件O

2、3oJncaryCorditio11Bauncter?cordflionBiuetion:其他所有邊界條件FldojncryCorditianBaunctarycondilionBuefaon:rt*c*護(hù)戌啊叩CandtiantypeCoefliaeniValueDescriptionFHeumann:廣orchist0L111raOKCarcel設(shè)置方程類型及參數(shù)，打開“PDESpecification”對話框，設(shè)置方程類型為parabolicEJPDE百pewificBrticmEquodioncTu-iY(c*QrcKtui)-Ki*ufCoelficientVabeTypeofPOE

3、rEliplic蔣ParabolicCHjoertdicCEerirwctes：l:Zcrccl網(wǎng)格劃分，單擊按鈕，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再單擊.至按鈕加密網(wǎng)格解方程及整理數(shù)據(jù)。分別設(shè)置不同時間參數(shù)，單擊“二”按鈕，進(jìn)行求解；點(diǎn)擊，完成三維溫度分布圖制作Is時二維溫度場分布云圖Is時三維維溫度場分布云圖Tinne=1Color:uHeight:0.515s時二維溫度場分布云圖TtrXBdauT3E-Hi-HP5s時三維溫度場分布云圖100q99.899.699.499.29996.898.6-458.D9-Time=5Color:uHeight:u-99.8-99.6-99.4-99.2-99-90.

4、01-se.e題目二(1)在MATLAB命令窗口輸入“pdetool”回車，打開PDE工具箱，單擊矩形工具欄，在窗口中做出一個矩形R1,設(shè)置參數(shù)如圖(2)設(shè)置邊界條件如圖左邊界PlBoundaryConditionBoundarycendionequion:Gonciilicihlype宵NeLfranri廣Dinchld右邊界MBoundaryConditionBoundarycgnijiitiQn&qu9tignConcffiontYperNsumam護(hù)DiridletCancdiD&5CF|pliQnDescrijoKionwCancel上邊界BlBounidaryCondition一匸

5、：XSQLirdQfy蚌on劌眇equation:rcgracKujqugDescrptioinCancel二亡口eTTE：BrtD&scnprt:nISOOTy冷NtuwnnCDirichletCahc&lfflPDESpecificationEquaSion:dii-drvfcBdtuJl+au-fTypeofPDE:CoeTtlclehtVauerEliptk：t*Parabolic|cnrL亦砂毗Ixcoocol(4)網(wǎng)格劃分，單擊按鈕，講行網(wǎng)格劃分，再單擊按鈕加密網(wǎng)格，如圖(5)解方程及整理數(shù)據(jù)。分別設(shè)置不同時間參數(shù)，單擊“二”按鈕，進(jìn)行求解；點(diǎn)，完成三維溫度分布圖制作擊(3)設(shè)置方

6、程類型及參數(shù)，打開“PDESpecification”對話框，設(shè)置方程類型為parabolic”Canoel下邊界BlBoundaryConditionJXBounderconcttenequation:niVgrad(iji)+qLi=gCohdrlian1yps:三維溫度場分布云圖Tme=35000ColoruHeightun1SO170-十60-160-140-130-120-110-Q2180170555160801506014013020,0120110XR112D-01-05三維溫度梯度分布云圖RectangleObjecttype:BottomVdth;HeiQhtName;Ca

7、ncelTime=36000Calor.uHeight.abs(grad(u)題目三：(1)在MATLAB命令窗口輸入“pdetool”回車，打開PDE工具箱，單擊矩形工具欄，在窗口中做出一個矩形R1,設(shè)置參數(shù)如圖MObjeciDialog設(shè)置邊界條件如圖BoundaryConditionXBountferycwicwicinncracKuXiuQCondrUan1ype:CoeticmtValueOMcrlpliMiiiMemiianri9417600qhr546OHCancel設(shè)置方程類型及參數(shù)，打開“PDESpecification”對話框，設(shè)置方程類型為parabolicMPD(-Sp

8、etification-XEtuuationTypegfPD：CElitrticf*Paraboic：廣Hyp&rtolicrEgenrttDdesCDeffciertWlk|4C5Pd|5009416263|CariPd網(wǎng)格劃分，單擊丄按鈕，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再單擊上仝按鈕加密網(wǎng)格，如圖(5)解方程及整理數(shù)據(jù)。分別設(shè)置不同時間參數(shù)，單擊“二”按鈕，進(jìn)行求解；點(diǎn)二維溫度場分布云圖1130114E12001160050.5limp-ISCOOCdor.u11TD三維溫度場分布云圖lime-18000ColorHeight:u11901190118511B01175117011701166116011

9、501155110115011451190B01J11S011750.4051166115S1180250040.20.10.30050.21165117011601145三維溫度梯度分布云圖Time=1S000Cofor:jHeight:absgrad(u)119011351175200-1170l50n1165100-11601155115011161200-0.51000Time=18000Cobr:uHaight:ueoous4DD第三部分：小結(jié)與體會許多工程問題需要確定物體內(nèi)部的溫度場或確定其內(nèi)部溫度到達(dá)某一限定值所需要的時間，因此研究導(dǎo)熱問題特別是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題十分重要。目前非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的描述方程為多維非線性的偏微分方程，這些方程只在幾何形狀與邊界條