高分子材料加工计算机模拟计算机模拟思考题答案.pdf

【高分子材料加工计算机模拟】涉及的技术主要集中在计算机辅助工程(CAE)软件Ansys的使用上，这是一款广泛应用于各种工程领域，包括高分子材料加工分析的工具。Ansys提供了多个分析模块，如结构分析、热分析、流体分析（包括计算流体动力学CFD）以及电/静电场和电磁场分析，涵盖了从机械性能到热传递、流体流动乃至电磁特性等多种物理现象的模拟。 在Ansys中，解决结构问题有两种方法，即h-方法和p-方法。h-方法适用于所有类型的结构分析，即使网格更密集也能处理，而p-方法则适用于线性静力结构分析，能在网格相对粗略的情况下获得较高精度。 进行Ansys分析时，一般遵循三个主要步骤：前处理（创建或导入几何模型，划分网格）、求解（施加载荷并求解）、后处理（评估结果，检查其正确性）。在分析过程中，会生成多种文件，如日志文件.log、数据库文件.db、结果文件.rst和荷载步文件.s01等，以及物理文件.ph1等。 在建模时，Ansys支持实体模型，包括体、面、线和关键点四类图元，并存在一定的层次关系。建模步骤通常包括定义几何形状、设置单元属性、划分网格等。 Ansys的坐标系包括总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、单元坐标系、显示坐标系和结果坐标系，适应不同分析需求。体素定义则是指在三维空间中定义的基本单元，用于构建模型。 单元属性定义是关键，包括单元类型（如四边形单元、三角形单元等）、实常数和材料性质，这些是确保模拟准确性的基础。网格划分则需要定义单元属性、控制参数，并生成网格。 Ansys的后处理阶段，通常使用Post1和Mechanical Postprocessor两个后处理器来评估和检查分析结果。载荷类型多样，包括自由度约束、集中载荷、面载荷、体载荷和惯性载荷。自由度约束是指限制某个自由度的值，面载荷则是作用在单元表面的分布载荷。 在静力分析后处理中，通常涉及结果可视化、应力分布、位移计算等步骤。聚合物加工过程的数值分析和计算机模拟方法包括：明确问题、建立物理模型、数学模型、数值求解和结果验证。 数学模型是根据实际问题构建的符号系统，按不同分类标准可划分为描述性和解释性模型、初等模型到最优控制模型、静态和动态模型等。建立数学模型的过程通常涉及建模准备、假设、构造、求解、分析、检验和应用等步骤。在材料科学中，常用的数学建模方法包括理论分析、模拟、类比分析和数据分析。 对于聚合物结晶过程的动力学，可以通过理论模型描述成核和晶体生长的过程，随着时间推移，结晶度逐渐增加直到达到极限值。这种模型可能涉及成核速率、生长速率和成核机制等参数的计算。