امواج الاستیک، مدل صریح زمان

View Categories

امواج الاستیک، مدل صریح زمان

7 min read

امواج الاستیک، مدل صریح زمان
گره Elastic Waves, Time Explicit Model معادلات را برای مدل سازی انتشار امواج الاستیک خطی اضافه می کند. خواص یک ماده همسانگرد یا ناهمسانگرد عمومی را تعریف کنید. این مدل معادلات حاکم را برای یک ماده الاستیک خطی کلی در فرمول سرعت-کرنش حل می کند.
که در آن v سرعت، ρ چگالی، S تانسور تنش، ε تانسور کرنش، C تانسور الاستیسیته (یا تانسور سفتی)، و v یک نیروی جسم ممکن است. معادلات برای داده های مواد همسانگرد و ناهمسانگرد معتبر هستند. اتلاف حجمی را می توان با استفاده از زیرگره Damping اضافه کرد .
انتخاب سیستم مختصات
سیستم مختصات جهانی به طور پیش فرض انتخاب شده است. لیست سیستم مختصات شامل تمام سیستم های مختصات قابل اجرا در جزء است. سیستم مختصات برای تفسیر جهت داده های مواد متعامد و ناهمسانگرد و زمانی که تنش ها یا کرنش ها در یک سیستم محلی ارائه می شوند استفاده می شود.
 
سیستم های هماهنگ با جهت هایی که با زمان تغییر می کنند نباید استفاده شوند.
مواد الاستیک خطی
نمایش مدل جامد ماده را تعریف کنید . انتخاب کنید:
ایزوتروپیک برای یک ماده الاستیک خطی که خواص یکسانی در همه جهات دارد.
ارتوتروپیک برای یک ماده الاستیک خطی که دارای خواص مواد مختلف در جهت های متعامد است، به طوری که سفتی آن به خواص E i ، ν ij و G ij بستگی دارد .
ناهمسانگرد برای یک ماده الاستیک خطی که دارای خواص مواد مختلف در جهات مختلف است، و سختی از ماتریس کشسانی متقارن، D ناشی می شود.
اگر orthotropic یا anisotropic انتخاب شده است، ترتیب داده های مواد به Voigt (پیش فرض) یا علامت استاندارد را نیز انتخاب کنید . این گزینه تعیین می کند که چه شماره گذاری و علامت گذاری برای وارد کردن داده های مواد تعریف شده توسط کاربر و هنگام تعریف ویژگی های مواد در گره Materials استفاده می شود .
مشخصات خواص الاستیک برای مواد ایزوتروپیک
برای یک مدل جامد ایزوتروپیک ، از لیست Specify یک جفت ویژگی الاستیک برای یک ماده همسانگرد انتخاب کنید – مدول یانگ و نسبت پواسون ، مدول یانگ و مدول برشی ، مدول توده و مدول برشی ، پارامترهای Lamé ، یا موج فشار و برشی سرعت ها . برای هر جفت ویژگی، از لیست قابل اجرا انتخاب کنید تا از مقدار ماده استفاده کنید یا مقدار یا عبارت تعریف شده توسط کاربر را وارد کنید.
هر یک از این جفت‌ها ویژگی‌های کشسانی را تعریف می‌کنند و طبق جدول 3-1 می‌توان از یک مجموعه از ویژگی‌ها به دیگری تبدیل کرد .
جدول 3-1: عبارات مدول الاستیک.
شرح
متغیر
  , n)
)
  )
  (l,m)
مدول یانگ
E =
E
E
نسبت پواسون
n =
n
مدول حجیم
K =
ک
مدول برشی
G =
جی
جی
متر
پارامتر لنگ λ
λ =
ل
پارامتر تیغه μ
m =
جی
جی
متر
سرعت موج فشار
p =
سرعت موج برشی
s =
پارامترهای ویژگی فردی عبارتند از:
مدول یانگ (مدول الاستیک) E.
نسبت پواسون ν .
مدول برشی G.
مدول توده ای K.
پارامتر Lamé λ و پارامتر Lamé μ .
سرعت موج فشار (سرعت موج طولی) c p .
سرعت موج برشی (سرعت موج عرضی) c s . این سرعت موج برای یک پیوستار جامد است.
مشخصات خواص الاستیک برای مواد ارتوتروپیک
هنگامی که Orthotropic از لیست مدل جامد انتخاب می شود ، خواص مواد فقط در جهت های متعامد متفاوت است. ترتیب داده های مواد را می توان در نماد استاندارد یا Voigt مشخص کرد . وقتی User defined به صورت سه بعدی انتخاب شد، سه مقدار را در فیلدهای مدول یانگ E ، نسبت پواسون ν و مدول برشی G وارد کنید . این رابطه بین کرنش برشی مهندسی و تنش برشی را تعریف می کند. این فقط برای یک ماده ارتوتروپیک قابل استفاده است و از معادله پیروی می کند
 
ν ij بسته به فیلد برنامه متفاوت تعریف می شود. تبدیل آن در میان تعاریف آسان است، اما بررسی کنید که کدام یک از آنها استفاده می کند.
مشخصات خواص الاستیک برای مواد ناهمسانگرد
هنگامی که ناهمسانگرد از لیست مدل جامد انتخاب می شود ، خواص مواد در همه جهات متفاوت است و سفتی از ماتریس الاستیسیته متقارن ، D حاصل می شود . ترتیب داده های مواد را می توان در نماد استاندارد یا Voigt مشخص کرد . هنگامی که User defined انتخاب شده است، یک ماتریس متقارن 6 در 6 نمایش داده می شود.
 
توجه داشته باشید که ماتریس الاستیسیته 6 در 6 D باید بدون توجه به بعد فضایی مسئله کامل باشد. این به دلیل فرمول بندی کرنش صفحه تعمیم یافته معادلات حاکم است که به صورت دو بعدی حل شده اند.
تراکم
چگالی ρ پیش‌فرض از مقادیر مواد استفاده می‌کند . برای User تعریف شده مقدار یا عبارت دیگری را وارد کنید. اگر هر ماده ای در مدل دارای چگالی جرمی وابسته به دما باشد و From Material انتخاب شده باشد، لیست دمای مرجع Volume در قسمت Model Input ظاهر می شود . به عنوان پیش فرض، مقدار ref از ورودی مدل Common به دست می آید . همچنین می توانید User defined را انتخاب کنید تا یک مقدار یا عبارت برای دمای مرجع به صورت محلی وارد کنید.
پارامترهای شار LAX–FRIEDRICHS
برای نمایش این بخش، روی دکمه Show More Options ( ) کلیک کنید و در کادر محاوره ای Show More Options ، Stabilization را انتخاب کنید . در این بخش، مقدار پارامتر شار Lax–Friedrichs τ LF را مشخص می‌کنید (مقدار پیش‌فرض: 0.2). این مقدار شار عددی بین عناصر (عناصر لاگرانژ ناپیوسته گرهی) مورد استفاده با روش گالرکین ناپیوسته (dG) را کنترل می کند. شار عددی نحوه اتصال عناصر مجاور و پیوستگی v و E را مشخص می کند هستند. تعاریف مختلف از شار عددی منجر به انواع مختلفی از روش dG می شود. شار اجرا شده در اینجا به اصطلاح شار عددی جهانی Lax–Friedrichs است. مقدار پارامتر τ LF باید بین 0 تا 0.5 باشد. برای τ LF  = 0 یک شار به اصطلاح مرکزی به دست می آید. تنظیم τ LF  = 0.5 یک شار سراسری Lax–Friedrichs را به حداکثر می رساند.
 
برای اطلاعات کلی در مورد شار عددی، بخش شار عددی را در زیر فرم موج PDE در کتابچه راهنمای مرجع Multiphysics COMSOL ببینید.
پارامترهای فیلتر
برای نمایش این بخش، روی دکمه Show More Options ( ) کلیک کنید و Advanced Physics Options را در کادر محاوره ای Show More Options انتخاب کنید . به طور پیش فرض، پارامترهای فیلتر α ، ηc و s فعال نیستند. چک باکس Activate را انتخاب کنید تا فیلتر فعال شود. این فیلتر برای فرمول dG هموارسازی مرتبه بالاتری را فراهم می کند و می تواند برای تثبیت محلول استفاده شود. در داخل لایه‌های جذب، تنظیمات داده‌شده در اینجا توسط پارامترهای فیلتر برای لایه‌های جذبی لغو می‌شوند .
مقادیر پارامترهای فیلتر را در فیلدهای متنی مربوطه وارد کنید (مقادیر پیش فرض: 36، 0.6 و 3). α باید مثبت باشد و بین 0 و 36 قرار گیرد. α  = 0 به معنای عدم اتلاف و α  = 36 به معنای حداکثر اتلاف است. η c باید بین 0 و 1 باشد، که در آن 0 به معنای حداکثر فیلتر و 1 به معنای عدم فیلتر است (حتی اگر فیلترینگ فعال باشد). پارامتر s باید بزرگتر از 0 باشد و ترتیب فیلترینگ را کنترل می کند (عملگر اتلاف مرتبه 2 ثانیه ). برای s  = 1، فیلتری دریافت می کنید که مربوط به لاپلاسین کلاسیک مرتبه دوم است. یک s بزرگتر یک فیلتر پایین گذر واضح تر می دهد.
 
برای اطلاعات دقیق تر در مورد فیلتر، بخش پارامترهای فیلتر را در قسمت Wave Form PDE در کتابچه راهنمای مرجع مولتیفیزیک COMSOL ببینید.
تخمین حداکثر سرعت موج
برای نمایش این بخش، روی دکمه Show More Options ( ) کلیک کنید و Advanced Physics Options را در کادر محاوره ای Show More Options انتخاب کنید . حداکثر سرعت موج بیانگر مقیاس زمانی موج سلولی است که توسط حل کننده برای تخمین گام زمانی داخلی پایدار استفاده می شود. Automatic (پیش‌فرض) یا User defined را انتخاب کنید . با گزینه Automatic حداکثر سرعت برابر با سرعت موج فشار تنظیم می شود، برای User تعریف شده مقدار دیگری برای max وارد کنید.. تخمین برای مواد همسانگرد درست است، اما برای پیکربندی‌های خاصی از مواد ناهمسانگرد، می‌توان مقدار بزرگ‌تری را وارد کرد تا پایداری عددی حاصل شود.