有限元法(FiniteElementMethod,F(xiàn)EM)是激光損傷測(cè)試過程中最常用的一種仿真分析方法,這種方法的求解思路是:將待求解的模型結(jié)構(gòu)化為有限個(gè)通過節(jié)點(diǎn)相連的單元組合體,并使用節(jié)點(diǎn)插值函數(shù)來對(duì)完整模型的各個(gè)物理場(chǎng)函數(shù)進(jìn)行確定。 為了使所求的收斂解更精確,應(yīng)將單個(gè)單元設(shè)置為盡量小的尺寸相應(yīng)的模型分割也越精細(xì)。 有限元求解法的特點(diǎn)如下: 1)將待求解的模型劃分為互相連接的有限個(gè)單元; 2)利用最低能量定律和泛函數(shù)值原理,在單元與節(jié)點(diǎn)之間通過線性方程組進(jìn)行關(guān)聯(lián); 3)可將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)化,具有明確的計(jì)算步驟; 4)可將連續(xù)問題進(jìn)行離散,但對(duì)計(jì)算計(jì)的輸出與內(nèi)存要求較高; 5)同時(shí)適用于線性與非線性問題。 利用有限元法對(duì)問題的求解過程分為前處理、利用插值函數(shù)求解與后處理三個(gè)步驟。 前處理是用離散化的網(wǎng)格代替連續(xù)實(shí)體模型的過程,使其變成理想的有限元模型。前處理主要是對(duì)單元的劃分、材料的性質(zhì)、實(shí)體模型的確定、網(wǎng)格的設(shè)置、模型的局部調(diào)整和載荷施加任務(wù)的完成。 求解的過程如下:分析問題類型、設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)、添加載荷分布和設(shè)定邊界條件以及求解方程的輸入,也是利用有限元法求解問題中最重要的一步。后處理過程是求解后通過列表顯示、曲線圖顯示等方法直觀地反映所關(guān)注物理場(chǎng)和參數(shù)的分布情況。 光電材料被激光照射過程中,由于吸收作用能量會(huì)以熱能的形式在材料中進(jìn)行存儲(chǔ),隨著儲(chǔ)存的熱能不停地以熱傳導(dǎo),熱對(duì)流和熱輻射的形式傳遞,在材料體內(nèi)產(chǎn)生很明顯的溫度梯度變化,導(dǎo)致熱應(yīng)力產(chǎn)生并對(duì)材料造成損傷。 若利用解析計(jì)算發(fā)法進(jìn)行求解,由于所關(guān)注的物理量數(shù)量巨大導(dǎo)致求解過程異常復(fù)雜,而利用有限差分法求解時(shí)又會(huì)受到結(jié)構(gòu)上的限制,因此有限元法是解決復(fù)雜多物理場(chǎng)問題時(shí)的最佳選擇。 |
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