高分子材料加工计算机模拟计算机模拟思考题答案.doc

高分子材料加工计算机模拟计算机模拟思考题.doc 1(Ansys 中主要有哪四个分析模块,结构分析，热分析，流体分析包括CFD(计算流体动力学)，电 / 静电场分析，电磁场分析 2( 在 ANSYS 产品中，求解结构问题有两种，它们各用于什么场合,在 ANSYS 产品中，求解结 构问题有两种方法:h-方法和p-方法。h-方法可用于任何类型的结构分析，而p-方法只能用于线 性结构静力分析。根据所求的问题，h-方法通常需要比p-方法更密的网格。p-方法在应用较粗糙 的网格时，提供了求得适当精度的一种很好的途径。 3( ANSYS分析过程中三个主要的步骤. 每个分析包含三个主要步骤:前处理:创建或输入几何模型， 对几何模型划分网格。求解:施加载荷求解。后处理:结果评价，检查结果的正确性 4(ANSYS文件中包括四种文件，分别是哪四种,在任何ANSYS分析之后，您应保存以下的文件:日志文件 ( .log)数据库文件 ( .db)结果文件 (.rst, .rth, „)荷载步文件, 如有多步 (.s01, .s02, ...)物理文件 (.ph1, .ph2, ...) 5(Ansys中四类实体模型图元, 以及它们之间的层次关系。典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的 。在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。 6. 模型生成方法与建模步骤 7( ANSYS坐标系有哪六种,总体坐标系，局部坐标系，节点坐标系，单元坐标系，显示坐标系，结果坐标系 8(体素定义 9(单元属性定义。单元属性 是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括:单元类型，实常数，材料性质 10( ANSYS网格划分主要包括以下四个步骤:定义单元属性，指定网格的控制参数，生成网格 11( ANSYS 有哪两个两个后处理器，他们如何定义的,后处理:结果评价，检查结果的正确性 12. Ansys中的载荷有哪些,自由度约束，集中载荷，面载荷，体载荷，惯性载荷 13 自由度约束的定义。自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数值 (值不一定是零)。 14. 面载荷的定义。面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。 15. 静力分析结果后处理的步骤主要包括有哪些, 16. 聚合物加工过程数值分析及计算机模拟一般方法。其一般方法可概述如下:(1)明确对象，定义问题，构造成型加工过程中的物理模型。建立的物理模型既要使问题简化到可以进行数学模拟和便于求解，又要尽可能完整地描述实际过程，尽可能真实地反映成型加工过程的实质和特征。 (2)基于物理模型，选用守恒定律、本构方程和各种物性定律，建立问题的数学模型。建立的数学模型应尽量简洁明确，既要包含主要影响因素，又要避免数学运算过于繁杂，初始和边界条件要根据具体情况慎重选择，因为它们在很大程度上决定了最终的计算结果。(3)用解析或数值方法求解建立的数学模型，编写图形应用程序或采用绘软件输出模拟结果。通常选择何种数值方法需根据问题的复杂程度决定，如求解域形状规则的线性问题，选用有限差分法简便快捷;求解形状复杂的模型方程选用边界元法可以减少网格剖分的工作量;求解非线性问题采用有限元法可以在短时间快速收敛，得到数值解。 4)验证结果聚合物成型加工过程是复杂的， 影响模拟结果的因素很多，如建模时依据的假定、初试值条件描述、计算程序是否正确等。模拟结果的验证大体上可分为两种:模拟得到的成型结果参数的实验证实;模拟得到的优化的成型加工结果的实验证实。后一种方法是将模拟得到的优化成型加工结果与未优化的结果或其它途径得到的试验结果相比较，以判断模拟结果的正确与否。17. 数学模型的定义及分类。数学模型就是利用数学语言对某种事物系统的特征和数量关系建立起来的符号系统。1)按照对实体的认识过程来分，数学模型可以分为描述性数学模型和解释性数学模型。2)按照建立模型的数学方法分，可以分为初等模型，图论模型，规划论模型，微分方程模型，最优控制模型，随机模型，模拟模型。3)按照模型的应用领域分为人口模型、交通模型等。4)按照模型的特征分，可分为静态模型和动态模型、确定性模型和随机模型、离散模型和连续性模型、线性模型和非 (建立数学模型线性模型等。5)按照对模型结构了解的程度可以分为白箱模型、灰箱模型和黑箱模型。18的一般步骤和原则。1. 建模准备2.建模假设3.构造模型4(模型求解5. 模型分析6.模型检验7. 模型应用19( 数学建模中常用的数学方法有哪四种,在材料科学中常用的数学建模方法有理论分析法 、模拟方法 、类比分析法 、数据分析法。20.在聚合物结晶过程中，结晶度随时间的延续不断增加，最后趋于该结晶条件下的极限结晶度，现期望在理论上描述这一动力学过程。(仅考虑平面内一次性同时成核的情况) 21(写出数据分析法中求系统回归方程的一般方法。求一条通过或系统回归方程的一般方法如下:设有一 in,,,,1,2xy,，，未知系统，已测得该系统有n个输入-输出数据点为: ii yfx,，，现寻求其函数关系 2mˆybbxbxbx,，，，,,,无论x，y为什么函数关系，假设用一多项式 012m作为对输出(观测值)y 的估计。若能确定其阶数及 bbb,,,,,01m系数 则所得到的就是回归方程-数学模型。各项系数即回归系数现在要使多项式估计值 与观测值 的差的平方和一般数据点个数 大于多项式阶数 ，这样，从式(1-65)可求出回归系数从而建立所回归方程数学模型。由已知观测值寻求x与y之间函数关系的方法在工业控制应用中称为“系统辩识” 22(常用的数值计算方法有哪四种。常用的数值计算方法包括有限差分法、有限元法、有限体积法以及边界元法等。23(有限差分法定义。其实质就是以有限差分代替无限微分，以差分代数方程代替微分方程，以数值计算代替数学推导的过程，从而将连续函数离散化，以有限的、离散的数值代替连续的函数分布。 24(简述有限差分法的主要步骤。有限差分法的主要步骤如下: 1)构成差分格式。2)求解差分方程。3)对所得到的数值解进行精度与收敛性分析和检验。25. 有限元方法存在着的基本问题。有限元方法存在着以下的基本问题:1. 迭代的收敛性和算法的稳定性。2.高Weissenberg数问题 Weissenberg数是高分子流体弹性力和粘性力相对比较的无量纲参数。这个数越大意味着流体的弹性应力效应越显著，但是带来的计算上的困难也就越大( 26.聚合物复杂流体的定义。聚合物复杂流体是指聚合物熔体、溶液以及填充了各种形状固体颗粒的熔体、溶液泡沫、胶体颗粒、胶束等的多组分液体，其中至少有一个组分是高分子物质。 27.请用框图画出对聚合物流体流动进行求解的步骤。28. 可视化技术的分类。可视化技术分为两种，一种是实验流动可视化技术，另一种是刚发展起来的计算机流动可视化技术。 第二章类比分析法中:例 在聚合物结晶过程中，结晶度随时间的延续不断增加，最后趋于该结晶条件的极限结晶度，现期望在理论上描述这一动力学过程。采用类比分析法。聚合物结晶过程包括成核和 晶体生长两个阶段，这与下雨时雨滴落在水面上生成一个个圆形水波并向外扩展的情形相类似，因此可通过水波扩散模型来推导聚合物结晶时的结晶度与时间的关系。在水面上任选一参考点，根据概率分析，在时间从 0到t时刻的范围内通过该点的水波数为m的概率P(m)符合Poisson分布(假设落下的雨滴数量大于m, t时刻通过任意点P的水波数的平均值为E)。 把水波扩散模型作为结晶前期的模型来讨论薄层熔体形成“二维球晶”的情况。雨滴接触水面相当于形成晶核，水波相当于二维球晶的生长表面，当m=0时，意味着所有的球晶面都不经过p点，即p点仍处于非晶态。根据式(,)可知其概率为: 设此时球晶部分占有的体积分数为 ，则有 下面求平均值E，它应为时间的函数。 (a) 先考虑平面内一次性同时成核的情况，它对应所有雨滴同时落入水面，到t时刻，水波前进的距离为 ，那么，以 为半径的圆面内的雨滴所产生的水波都将通过p点。(见图)。 把这个面积称为有效面积，通过p点的水波数等于这个有效面积内落入的雨滴数。设单位面积内的平均雨滴数为N,当时间由t增加到t+dt时，有效面积的增量，即图中阴影部分的面积，为 ，平均值E的增量为: 若水波前进速度即球晶径向生长速度为 ，则 ，积分得平均值同t的关系为: 式(4)表示晶核密度为N，一次性成核时体系中的非晶部分与时间的关系。