考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法，直接考虑位移‑面力解耦数值方法，利用三次样条曲线对有限元模型中的流‑固边界面的离散点进行拟合，计算出每一点的曲率，得到液‑固界面的整体曲率数据，解决具有表面张力的流‑固耦合载荷问题。本发明专利技术的边界曲率计算与有限元分析交替进行，能够充分利用现有有限元程序的前处理、后处理、非线性本构关系等功能。

Calculation method of solid deformation interface considering liquid surface tension

【技术实现步骤摘要】
考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法
本专利技术涉及固体变形界面计算领域，具体是一种考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法。
技术介绍
土壤、混凝土、生物组织属于含液多孔固体介质结构，这种具有流-固耦合属性的结构广泛应用于人们的生产实践中。在流体与固体的分界面，液体表面由于液体分子受力不均匀，促使液体表面收缩，形成表面张力。对于含液多孔固体介质结构，孔尺寸与固体的弹性模量都较小时，液体表面张力的作用对固体变形产生较为明显的影响。另外，液体表面张力对固体产生的面力大小与固体曲率相关。当固体变形时，固体的曲率发生变化，使液体对固体的面力变化，导致固体进一步改变形状，这是一个典型的力-位移耦合问题。液体对固体的面力与表面张力、液-固界面的曲率有关，而对于同一种液体，其表面张力系数近似为常数。因此，只需要确定液-固界面的曲率就能够确定出液体对固体面力。采用分子动力学理论模拟液滴夹杂问题，能够在微观尺度下进行细致的分析，这种方法受到时间和空间尺度的限制，不适合计算大规模问题，不能够满足原子数目非常多的情况。利用现有的有限元商业软件，只能计算出每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法，其特征在于：步骤如下：/n步骤1：建立流-固耦合几何模型；/n步骤2：利用有限元软件划分网格；/n步骤3：将外载荷F，分为N步，初始载荷为0，载荷增量步△F＝F/N；/n步骤4：提取流-固边界面节点坐标，设共有n个节点，坐标为(x

【技术特征摘要】
1.一种考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法，其特征在于：步骤如下：
步骤1：建立流-固耦合几何模型；
步骤2：利用有限元软件划分网格；
步骤3：将外载荷F，分为N步，初始载荷为0，载荷增量步△F＝F/N；
步骤4：提取流-固边界面节点坐标，设共有n个节点，坐标为(x0,y0)、(x1,y1)、……、(xn,yn)，根据以下公式，进行三次样条曲线拟合，并计算节点处曲率k，



其中
步骤5：求解各节点处的表面张力对固体产生的面力△P，
△P＝kγ；(8)
γ为液体表面张力系数；
步骤6：将载荷△P与载荷增量的总载荷，施加在有限元模型上，进行分析计算，得到新的流-固边界面坐标；
步骤7：流-固耦合边界面的位置收敛，则外载荷F增加一个增量步；若不收敛，则返回步骤4)，进行迭代；
步骤8：载荷大于总载荷F，则有限元计算结束，得出模型最终平衡状态位置；载荷小于或等于总载荷，返回步骤4)，进行迭代。


2.根据权利要求1所述的考虑液体表面张力的固体变形界面计算方法，其特征在于，步骤4)所述的曲线拟合及节点处曲率k计算过程如下：
步骤4.1：在区间[0,1]中，生成n+1个点，为0,1/n，2/n，……，n-1/n,1；
步骤4.2：令t0＝0,t1＝1/n，t2＝2/n，……，tn-1＝n-1/n,tn＝1；
步骤4.3：将x0＝x(t0),x1＝x(t1),…,xn-1＝x(tn-1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，张杜江，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32