材料学科中物理场的数值模拟 -实验报告

1、 实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用实验项目名称材料学科中物理场的数值模拟实验成绩实验者专业班级材科组别同组者实验日期2017年4月25日第一部分：实验分析与设计(可加页)一、实验内容和要求(问题域描述)内容：了解材料科学与工程中温度场的数值模拟方法；用MATLAB的偏微分方程(PDE)工具箱分析简化的材料科学与工程中的温度场。题目1：考虑一个带有矩形孔的金属板上的热传导问题。板的左边保持在100c，板的右边热量从板向环境空气定常流动，其他边及内孔边界保持绝缘。初始t二to时板的温度为0,于是概括为如下定解问题：duAu=dtu=100,duorchidR1左边界条件R1右边界条件O

2、3oJncaryCorditio11Bauncter?cordflionBiuetion:其他所有边界条件FldojncryCorditianBaunctarycondilionBuefaon:rt*c*护戌啊叩CandtiantypeCoefliaeniValueDescriptionFHeumann:广orchist0L111raOKCarcel设置方程类型及参数，打开“PDESpecification”对话框，设置方程类型为parabolicEJPDE百pewificBrticmEquodioncTu-iY(c*QrcKtui)-Ki*ufCoelficientVabeTypeofPOE

3、rEliplic蒋ParabolicCHjoertdicCEerirwctes：l:Zcrccl网格划分，单击按钮，进行网格划分，再单击.至按钮加密网格解方程及整理数据。分别设置不同时间参数，单击“二”按钮，进行求解；点击，完成三维温度分布图制作Is时二维温度场分布云图Is时三维维温度场分布云图Tinne=1Color:uHeight:0.515s时二维温度场分布云图TtrXBdauT3E-Hi-HP5s时三维温度场分布云图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题目二(1)在MATLAB命令窗口输入“pdetool”回车，打开PDE工具箱，单击矩形工具栏，在窗口中做出一个矩形R1,设置参数如图(2)设置边界条件如图左边界PlBoundaryConditionBoundarycendionequion:Gonciilicihlype宵NeLfranri广Dinchld右边界MBoundaryConditionBoundarycgnijiitiQn&qu9tignConcffiontYperNsumam护DiridletCancdiD&5CF|pliQnDescrijoKionwCancel上边界BlBounidaryCondition一匸

5、：XSQLirdQfy蚌on刿眇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)网格划分，单击按钮，讲行网格划分，再单击按钮加密网格，如图(5)解方程及整理数据。分别设置不同时间参数，单击“二”按钮，进行求解；点，完成三维温度分布图制作击(3)设置方

6、程类型及参数，打开“PDESpecification”对话框，设置方程类型为parabolic”Canoel下边界BlBoundaryConditionJXBounderconcttenequation:niVgrad(iji)+qLi=gCohdrlian1yps:三维温度场分布云图Tme=35000ColoruHeightun1SO170-十60-160-140-130-120-110-Q2180170555160801506014013020,0120110XR112D-01-05三维温度梯度分布云图RectangleObjecttype:BottomVdth;HeiQhtName;Ca

7、ncelTime=36000Calor.uHeight.abs(grad(u)题目三：(1)在MATLAB命令窗口输入“pdetool”回车，打开PDE工具箱，单击矩形工具栏，在窗口中做出一个矩形R1,设置参数如图MObjeciDialog设置边界条件如图BoundaryConditionXBountferycwicwicinncracKuXiuQCondrUan1ype:CoeticmtValueOMcrlpliMiiiMemiianri9417600qhr546OHCancel设置方程类型及参数，打开“PDESpecification”对话框，设置方程类型为parabolicMPD(-Sp

8、etification-XEtuuationTypegfPD：CElitrticf*Paraboic：广Hyp&rtolicrEgenrttDdesCDeffciertWlk|4C5Pd|5009416263|CariPd网格划分，单击丄按钮，进行网格划分，再单击上仝按钮加密网格，如图(5)解方程及整理数据。分别设置不同时间参数，单击“二”按钮，进行求解；点二维温度场分布云图1130114E12001160050.5limp-ISCOOCdor.u11TD三维温度场分布云图lime-18000ColorHeight:u11901190118511B01175117011701166116011

9、501155110115011451190B01J11S011750.4051166115S1180250040.20.10.30050.21165117011601145三维温度梯度分布云图Time=1S000Cofor:jHeight:absgrad(u)119011351175200-1170l50n1165100-11601155115011161200-0.51000Time=18000Cobr:uHaight:ueoous4DD第三部分：小结与体会许多工程问题需要确定物体内部的温度场或确定其内部温度到达某一限定值所需要的时间，因此研究导热问题特别是非稳态导热问题十分重要。目前非稳态导热问题的描述方程为多维非线性的偏微分方程，这些方程只在几何形状与边界条