第297章 多物理場仿真
更新時間:2024-01-18 作者:十月廿二
學霸的軍工科研系統 第297章 多物理場仿真
想到這里，常浩南突然覺得魏永明這個名字似乎有點耳熟。 他十分確定這是自己重生以來第一次和青華大學產生接觸。 那么就應該是前世聽過的人。 “鑄造工藝試驗需要大量財力和時間，而您也知道，這兩樣正是我們現在最缺少的，目前美日俄這些先發國家已經對鈦鋁合金有了很多年的研究，我們靠傳統手段很難在短時間內追上他們，但是目前我們所用的解耦合手段基本已經走到了死胡同里，項目組在后續的路線選擇上出現了很大的分歧。” 在簡單介紹了目前的情況以及面臨的困難之后，魏永明帶著期望的眼神向常浩南問道： “所以，我這次來是想向您請教一下，以目前的技術手段而言，是否有可能像流體力學或者結構力學一樣，通過數值計算的方式，在計算機上面完成對鑄造過程的仿真模擬？” 盡管只是個碩士生，但他的總結思路清晰條理分明，絕對是深度參與了整個項目，而非一個簡單打下手的人。 他的這個問題，一時間甚至難住了常浩南。 實際上，這并不是后者第一次面對類似的問題了。 從之前在三座門的慶功會上，閻忠誠就提到過，黎明廠計劃用1Cr16Ni2MoN馬氏體不銹鋼通過熱鍛方式生產航改燃氣輪機的葉片，但材料的變形、傳熱和組織演化之間相互作用，很大程度上限制了有限單元法在需要充分考慮微觀組織影響的熱鍛造工藝中的應用。 而前段時間在關于海之星雷達的討論中，郭林也曾經提到過，14所面臨的一個大問題就是艦載大口徑有源相控陣天線在太陽照射、風荷、鹽霧侵蝕等環境載荷影響下，天線陣面會不可避免地產生結構變形，惡化天線輻射性能，需要消耗更大的功率才能實現相同的發射功率。 但是增加輸入功率又會帶來更大的熱功耗，除了浪費軍艦上本就寶貴的電能之外，對溫度敏感的T/R組件和陣面電源也會因此而產生性能溫漂，導致T/R組件輸出的激勵電流改變，進一步惡化天線的輻射性能。 這些問題雖然看似風馬牛不相及，涉及到的領域也完全不同，但大家面臨的困境都是一樣的—— 相比于基本只需要考慮力學影響的飛機氣動和結構設計，它們設計到的物理場更多，并且相互之間還有非常緊密的影響，對于目前所流行的計算分析手段而言，沒辦法同時對這么多個物理量進行計算和尋優。 傳統計算手段中，當引入非線性條件時，計算需要在多個偏微分方程組之間反復迭代多次以求獲得收斂，但鑄造問題同時涉及材料非線性、幾何非線性和邊界非線性，迭代效率極低導致計算時間需要以月甚至年為單位不說，最后的結果還有很大概率是發散的。 而如果把這些物理場拆開來分別進行計算，又忽視了其中的耦合作用，導致模擬結果與實際情況完全無法擬合。 就現有的技術手段而言，這個問題無解。 因此常浩南這段時間一直想要做的事情，就是編寫一個新的、綜合的多物理場仿真建模軟件。 但這需要很高的、至少超過目前這個時代的理論支持。 也是他迫切地想要把系統的理論能力等級升到LV3的原因。 在花了些時間總結語言之后，常浩南以謹慎樂觀的方式給出了自己的回答： “傳統的解耦合手段，包括才發展出來不久的間接耦合手段都只能處理多物理場之間的弱耦合問題，強耦合問題不可能被直接解耦，所以繼續在這個方向上進行嘗試的意義確實不大。” “比如你剛剛提到過的鑄造過程，會涉及到一個流固耦合，只有在微小形變量假設下，這才是個弱耦合問題，因為流道會對流體產生影響，但反過來流體對流道的作用就可以被忽略，這樣的問題可以解耦解決。” “但鑄造過程并不符合這個假設……” 魏永明的眼神稍稍黯淡了下來，顯然，他是希望能夠繼續通過數值計算方式走下去的。 因為這是華夏唯一有可能實現技術跨越的途徑。 “是的，但并不是完全沒有希望。” 常浩南點了點頭： “我正在開發一種全耦合求解法，如果順利的話，那么……” 多物理場仿真如果歸納成數學問題，其實就是求解非線性程度極高的偏微分方程組，但由于工程上只需要數值解并不需要解析解，因此總體難度應該還好。 另外在原來的時間線上，FEMlab也是在2005年改名SOLMultiphysics并正式涉足多物理場仿真領域，在時間跨度上也就是810年的水平，LV3級別的理論應該足以應付。 更何況工程軟件這種東西，總歸是需要收集數據做版本迭代的，不可能指望著就是盡善盡美，而哪怕現階段只能把最基本的力熱耦合做出來，對于幾乎所有的行業來說，都堪稱一個巨大的助力了。 “如果順利的話，那么下半年有可能出一些階段性成果。” 他還是沒有選擇過于半場開香檳的說法。 剛剛還有些失落的魏永明猛地興奮了起來： “所以，利用數值分析縮短研究周期的路子，我們還是可以繼續堅持下去？” 要是別人畫出這種大餅，那他估計正眼都不會給一個。 但話得分誰說。 在此行前來之前，魏永明當然也做過一些功課。 從過去的經驗來看，這位總顧問口中的“階段性成果”，一般而言都并不階段。 屬于放在一個課題里面能直接結題的那種。 “當然，或者不如說，這正是我研究算法和控制理論的最終目的。” 常浩南微笑著點頭。 生活有時會出現一些奇妙的對稱。 就比如類似的話，他在幾天前剛剛跟三個燕京大學的學生講過。 現在又對一個青華大學的學生說了一次。 “工欲善其事，必先利其器，雖然等待半年左右的功夫可能會讓你們損失一些時間，但最終能換來更高的效率還是值得的。” 前世作為一個做項目的科研狗，常浩南選擇以今年下半年作為時間節點自然也是考慮了魏永明他們面對的實際情況—— 科研項目到了年末是要交階段性總結報告的。 如果他把這個軟件一桿子支到明年，那項目組很有可能在進度壓力下選擇回歸傳統路線，保證報告里面至少有內容好寫。 實驗當然是必要的，但是缺乏理論指導的實驗對于當今的華夏來說，成本確實太高了一點。 (本章完) 學霸的軍工科研系統 第297章 多物理場仿真
想到這里，常浩南突然覺得魏永明這個名字似乎有點耳熟。 他十分確定這是自己重生以來第一次和青華大學產生接觸。 那么就應該是前世聽過的人。 “鑄造工藝試驗需要大量財力和時間，而您也知道，這兩樣正是我們現在最缺少的，目前美日俄這些先發國家已經對鈦鋁合金有了很多年的研究，我們靠傳統手段很難在短時間內追上他們，但是目前我們所用的解耦合手段基本已經走到了死胡同里，項目組在后續的路線選擇上出現了很大的分歧。” 在簡單介紹了目前的情況以及面臨的困難之后，魏永明帶著期望的眼神向常浩南問道： “所以，我這次來是想向您請教一下，以目前的技術手段而言，是否有可能像流體力學或者結構力學一樣，通過數值計算的方式，在計算機上面完成對鑄造過程的仿真模擬？” 盡管只是個碩士生，但他的總結思路清晰條理分明，絕對是深度參與了整個項目，而非一個簡單打下手的人。 他的這個問題，一時間甚至難住了常浩南。 實際上，這并不是后者第一次面對類似的問題了。 從之前在三座門的慶功會上，閻忠誠就提到過，黎明廠計劃用1Cr16Ni2MoN馬氏體不銹鋼通過熱鍛方式生產航改燃氣輪機的葉片，但材料的變形、傳熱和組織演化之間相互作用，很大程度上限制了有限單元法在需要充分考慮微觀組織影響的熱鍛造工藝中的應用。 而前段時間在關于海之星雷達的討論中，郭林也曾經提到過，14所面臨的一個大問題就是艦載大口徑有源相控陣天線在太陽照射、風荷、鹽霧侵蝕等環境載荷影響下，天線陣面會不可避免地產生結構變形，惡化天線輻射性能，需要消耗更大的功率才能實現相同的發射功率。 但是增加輸入功率又會帶來更大的熱功耗，除了浪費軍艦上本就寶貴的電能之外，對溫度敏感的T/R組件和陣面電源也會因此而產生性能溫漂，導致T/R組件輸出的激勵電流改變，進一步惡化天線的輻射性能。 這些問題雖然看似風馬牛不相及，涉及到的領域也完全不同，但大家面臨的困境都是一樣的—— 相比于基本只需要考慮力學影響的飛機氣動和結構設計，它們設計到的物理場更多，并且相互之間還有非常緊密的影響，對于目前所流行的計算分析手段而言，沒辦法同時對這么多個物理量進行計算和尋優。 傳統計算手段中，當引入非線性條件時，計算需要在多個偏微分方程組之間反復迭代多次以求獲得收斂，但鑄造問題同時涉及材料非線性、幾何非線性和邊界非線性，迭代效率極低導致計算時間需要以月甚至年為單位不說，最后的結果還有很大概率是發散的。 而如果把這些物理場拆開來分別進行計算，又忽視了其中的耦合作用，導致模擬結果與實際情況完全無法擬合。 就現有的技術手段而言，這個問題無解。 因此常浩南這段時間一直想要做的事情，就是編寫一個新的、綜合的多物理場仿真建模軟件。 但這需要很高的、至少超過目前這個時代的理論支持。 也是他迫切地想要把系統的理論能力等級升到LV3的原因。 在花了些時間總結語言之后，常浩南以謹慎樂觀的方式給出了自己的回答： “傳統的解耦合手段，包括才發展出來不久的間接耦合手段都只能處理多物理場之間的弱耦合問題，強耦合問題不可能被直接解耦，所以繼續在這個方向上進行嘗試的意義確實不大。” “比如你剛剛提到過的鑄造過程，會涉及到一個流固耦合，只有在微小形變量假設下，這才是個弱耦合問題，因為流道會對流體產生影響，但反過來流體對流道的作用就可以被忽略，這樣的問題可以解耦解決。” “但鑄造過程并不符合這個假設……” 魏永明的眼神稍稍黯淡了下來，顯然，他是希望能夠繼續通過數值計算方式走下去的。 因為這是華夏唯一有可能實現技術跨越的途徑。 “是的，但并不是完全沒有希望。” 常浩南點了點頭： “我正在開發一種全耦合求解法，如果順利的話，那么……” 多物理場仿真如果歸納成數學問題，其實就是求解非線性程度極高的偏微分方程組，但由于工程上只需要數值解并不需要解析解，因此總體難度應該還好。 另外在原來的時間線上，FEMlab也是在2005年改名SOLMultiphysics并正式涉足多物理場仿真領域，在時間跨度上也就是810年的水平，LV3級別的理論應該足以應付。 更何況工程軟件這種東西，總歸是需要收集數據做版本迭代的，不可能指望著就是盡善盡美，而哪怕現階段只能把最基本的力熱耦合做出來，對于幾乎所有的行業來說，都堪稱一個巨大的助力了。 “如果順利的話，那么下半年有可能出一些階段性成果。” 他還是沒有選擇過于半場開香檳的說法。 剛剛還有些失落的魏永明猛地興奮了起來： “所以，利用數值分析縮短研究周期的路子，我們還是可以繼續堅持下去？” 要是別人畫出這種大餅，那他估計正眼都不會給一個。 但話得分誰說。 在此行前來之前，魏永明當然也做過一些功課。 從過去的經驗來看，這位總顧問口中的“階段性成果”，一般而言都并不階段。 屬于放在一個課題里面能直接結題的那種。 “當然，或者不如說，這正是我研究算法和控制理論的最終目的。” 常浩南微笑著點頭。 生活有時會出現一些奇妙的對稱。 就比如類似的話，他在幾天前剛剛跟三個燕京大學的學生講過。 現在又對一個青華大學的學生說了一次。 “工欲善其事，必先利其器，雖然等待半年左右的功夫可能會讓你們損失一些時間，但最終能換來更高的效率還是值得的。” 前世作為一個做項目的科研狗，常浩南選擇以今年下半年作為時間節點自然也是考慮了魏永明他們面對的實際情況—— 科研項目到了年末是要交階段性總結報告的。 如果他把這個軟件一桿子支到明年，那項目組很有可能在進度壓力下選擇回歸傳統路線，保證報告里面至少有內容好寫。 實驗當然是必要的，但是缺乏理論指導的實驗對于當今的華夏來說，成本確實太高了一點。 (本章完) 學霸的軍工科研系統 第297章 多物理場仿真
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