Моделирование процесса нагрева металлического бруска с помощью макромолекул

Много лет назад в рассмотрение введено понятие теплового потока, установлена прямая пропорциональная зависимость между средней кинетической энергией частиц и температурой в точке. Это позволило перейти от крайне громоздких дискретных моделей к сравнительно простым задачам анализа сплошной среды. В настоящее время в связи с совершенствованием компьютерной техники началось бурное развитие метода частиц. Однако развитию этого направления препятствует использование в расчетах гипотезы «непрерывности». Очевидно, настало время вернуться назад, и в качестве степени нагретости частицы снова использовать не температуру, а ее кинетическую энергию. В настоящей работе показано, что задачу теплопроводности твердого тела можно рассматривать как задачу о вынужденных колебаниях системы макромолекул, расположенных в узлах расчетной решетки. Макромолекулярный подход представляет собой вариант метода частиц, преимуществом которого является сравнительно небольшое потребное число элементов. Рассмотрена задача теплопроводности алюминиевого бруска. Выполнено сравнение результатов решения этой задачи, полученных с помощью макромолекул в программном пакете MSC.Adams и методом конечных элементов в пакете MSC.Nastran.Thermal. Показано, что силовую характеристику макромолекулы можно подобрать так, что результаты обоих решений будут достаточно близки.

Литература

[1] Arinchev S.V. Simulation of high-ratio compression of a parallelepipedal duralumin bar using the particle-based method and MSC.Adams software. Proceedings of the III International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications. Stuttgart, Germany, 18–20 September 2013, University of Stuttgart, Barcelona, Spain, International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), 2013, pp. 670–680.

[2] Arinchev S.V. Back from the solid temperature to kinetic energy of its macromolecules. Proceedings of the IV International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications. Barcelona, Spain, 28–30 September 2015, Polytechnic University of Catalonia, Barcelona, CIMNE, 2015, pp. 909–920. URL: http://congress.cimne.com/particles2015/frontal/doc/E-book_PARTICLES_2015.pdf (дата обращения 29 сентября 2016).

[3] Kammara K.K., Kumar R., Donbosco F.S. Reconsideration of metal surface sputtering due to bombardment of high-energy argon ion particles: a molecular dynamics study. Computational Particle Mechanics, 2016, no. 3, pp. 3–13, doi: 10.1007/s40571-015-0070-7.

[4] Dmitriev A.I., Nikonov A.Yu. Molecular-dynamics modeling of boundary migration in bi-crystals under nano-burnishing. Proceedings of the IV International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications, Barcelona, Spain, 28–30 September 2015, Polytechnic University of Catalonia, Barcelona, CIMNE, 2015, pp. 248–254. URL: http://congress.cimne.com/particles2015/frontal/doc/E-book_PARTICLES_2015.pdf (дата обращения 29 сентября 2016).

[5] Spreng F., Mueller A., Eberhard P. The introduction of a bi-adaptive smoothed particle hydrodynamics formulation beneficial for machining process simulation. Proceedings of the III International Conference on Particle-based methods. Fundamentals and Applications. Stuttgart, Germany, 18–20 September 2013, University of Stuttgart, 2013, Barcelona, Spain, CIMNE, 2013, pp. 602–613.

[6] Patrick H. Peacock, David W. Holmes Development and verification of a particle number density variant of SPH to robustly incorporate energy and heat transfer. Proceedings of the III International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications. Stuttgart, Germany, 18–20 September 2013, University of Stuttgart, Barcelona, Spain, CIMNE, 2013, pp. 949–960.

[7] Radl S., Forgberg T., Aigner A., Kloss C. ParScale – An Open-Source Library for the Simulation of Intra-Particle Heat and Mass Transport Processes in Coupled Simulations. CIMNE, Proceedings of the IV International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications. Barcelona, Spain, 28–30 September 2015, Polytechnic University of Catalonia, E-book_PARTICLES_2015, pp. 117–127. URL: http://congress.cimne.com/particles2015/frontal/doc/E-book_PARTICLES_2015.pdf (дата обращения 29 сентября 2016).

[8] Tunuguntla D.R., Thornton A.R., Weinhart T. From discrete elements ro continuum fields: Extension to bidisperse systems. Computational Particle Mechanics, 2016, no. 3, pp. 349–365, doi: 10.1007/s40571-015-0087-y.

[9] Новиков И.И. Термодинамика. Москва, Машиностроение, 1984. 592 с.

[10] Campello E.M.B. A description of rotations for DEM models of particle systems. Computational Particle Mechanics, 2015, no. 2, pp. 109–125, doi: 10.1007/s40571-015-0041-z.

[11] Rubio-Largo S.M., Lind P.G., Maza D., Hidalgo R.C. Granular gas of ellipsoids: analytical collision detection implemented on GPUs. Computational Particle Mechanics, 2015, no. 2, pp. 127–138, doi: 10.1007/s40571-015-0042-y.