大变形系统中电磁场与热机械结构相互作用的理论与计算
计算工程、金融与科学
2019-06-05 v2 计算物理
摘要
为准确描述电磁-热机械系统，电磁场需在欧拉框架下描述，而热机械在拉格朗日框架下求解。可将欧拉框架映射到物质的当前构型，拉格朗日框架映射到参考构型。我们给出了正确处理有限变形的完全耦合电磁-热机械系统控制方程的严格且热力学一致的推导。对不同框架的清晰区分是必要的。已有多种在拉格朗日框架中表述电磁学、甚至在当前构型中计算所有场的尝试。这两种表述都具有挑战性且在文献中争议颇多。本工作中，我们提出另一种利用先进计算工具能力的求解方案。我们不修改表述，而是在拉格朗日框架求解热机械、在欧拉框架求解电磁学，并处理场间相互作用。该方法类似于流固耦合中的对应方法，但更具挑战性，因为电磁学中的场方程必须在固体内部求解，同时遵循各自不同的变换规则。我们还提出了适应有限变形以求解物体外电磁场所需的网格变形算法。我们利用 FEniCS 包开发了开源实现，并将其应用于大变形电磁结构相互作用的若干工程问题，以说明新公式的使用。
引用
@article{arxiv.1803.10551,
title = {Theory and computation of electromagnetic fields and thermomechanical structure interaction for systems undergoing large deformations},
author = {B. E. Abali and A. F. Queiruga},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.10551},
year = {2019}
}