工程應用中主流計算連續介質力學方法可分為幾類,各有什麼特點?

時間 2021-05-31 15:46:00

1樓:洗澡的阿基公尺德

才發現自己關注了很多具體的力學,結構啊材料之類的,卻沒關注太多連續介質力學。固體關注的多一些,固體力學裡用拉格朗日法做計算,LS-DYNA和Autodyna這些計算大變形的。流固耦合用拉格朗日-尤拉結合的辦法。

還有表示連續介質斷裂的粘性單元。目前也看到用無網格劃分和離散元法去研究混凝土和岩土問題。

ps圍觀其他大牛的答案

2樓:Jackie Lee

流體一般是採用尤拉描述,因為研究物件是固定的空間(控制體),我們關心的是速度場壓力場等等,而不是每個流體質點具體的運動。於是「流體-尤拉-有限體積/有限差分」就是最主流的演算法,當然也有有限元,包括DG(Discontinuous Galerkin),都有人用,不過商業軟體可能是以有限體積為主,因為可以採用非結構網格,網格生成比較方便。當流體有動邊界時,拉格朗日描述有一定優勢,因為可以通過追蹤流體質點的運動來顯式追蹤介面,而尤拉描述需要對介面單獨處理(如隱式處理的VOF和Level-Set方法);如果流體的介面變形比較劇烈,有限元不再是好的方法,因為單元畸變會比較嚴重,而且難以捕捉到浪花之類有拓撲變化情況,粒子法或者尤拉描述中的Level-Set可能是更好的選擇。

固體一般採用拉格朗日描述,因為我們關心每個質點的位移,而且更重要的是本構關係在拉格朗日描述下的形式通常更簡單;至於有沒有用尤拉描述,我之前並不了解,看到題主提到的Abaqus裡的尤拉分析,剛剛查了查文件 Eulerian Analysis - Abaqus Analysis User's Guide (6.14)

大意就是,在大變形時,傳統的拉格朗日單元畸變嚴重,失去精度,於是採用尤拉單元(就是固定的長方體網格) ,並且可以通過Euler-Lagrangian contact與傳統的非線性拉格朗日分析結合起來,模擬流固耦合等多物理場耦合問題。文件最後也給出了相關參考文獻,有的就是講Eulerian finite element formulation,比如Contact in a multi-material Eulerian finite element formulation,算例是用尤拉單元來模擬機加工過程,題主感興趣可以讀讀。

此外對於極端變形情況,無網格法等不依賴於網格的方法在近來得到重視並快速發展,具體可以參考張雄老師在《力學進展》上面的綜述《無網格法的理論及應用》。

3樓:舜雲多物理場模擬

單純從流體上講,主流是有限體積法,有限元基本不用了,現有的商業CFD軟體基本都是尤拉-有限體積。流體-拉格朗日的組合,一般意義上講,確實由於變形大,沒有合適的控制體可以積分,所以沒有傳統意義的有限體積法,也有人提出finite volume particle method,但是並不是網格控制體的積分。

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