雷击弹塑性基底的多物理场模拟

该工作关注航空航天材料在雷击条件下与等离子弧相互作用所引起的弹塑性、电磁及热响应的数值模拟。当前方法以解耦方式或通过单向耦合的“协同仿真”处理这两种物质状态间的相互作用。本文提出了一种闪电与弹塑性材料间双向相互作用的多物理场模拟方法，其可固有地捕捉这两种物质状态间的非线性反馈。这是通过在同一计算网格上同时求解磁流体动力学与弹塑性方程组、动态演化磁场与电场来实现的。所得模型允许弧附着点的拓扑演化与运动同基底的结构响应及焦耳热相耦合。弹塑性材料与等离子体之间的动态通信借助基于黎曼问题的虚流体方法实现。据作者所知，这种双向耦合此前未被演示过。所提模型首先针对实验室内研究进行验证，表明依赖于基底电导率的等离子弧生长可被准确复现。随后在一个基底内动态演化属性反馈至等离子弧附着的设定中予以评估。给出了不同材料多层基底以及具有温度依赖电导率的基底的结果。结果表明，由于等离子弧与基底的相互作用，这些条件产生了不同的行为。