如果方程要求未知量y(x)及其導(dǎo)數(shù)y′(x)在自變量的同一點(diǎn)x=x0取給定的值,即y(x0 )=y0,y′(x0)= y0′,則這種條件就稱為初始條件,由方程和初始條件構(gòu)成的問題就稱為初值問題;
而在許多實(shí)際問題中,往往要求微分方程的解在某個(gè)給定區(qū)間a ≤ x ≤b的端點(diǎn)滿足一定的條件,如y(a) = A , y(b) = B,則給出的在端點(diǎn)(邊界點(diǎn))的值的條件,稱為邊界條件,微分方程和邊界條件構(gòu)成數(shù)學(xué)模型就稱為邊值問題。
邊值問題中的邊界條件的形式多種多樣,在端點(diǎn)處大體上可以寫成這樣的形式,Ay By'=C,若B=0,A≠0,則稱為第一類邊界條件或狄里克萊(Dirichlet)條件;B≠0,A=0,稱為第二類邊界條件或諾依曼(Neumann)條件;A≠0,B≠0,則稱為第三類邊界條件或洛平(Robin)條件。
總體來說,
第一類邊界條件:
給出未知函數(shù)在邊界上的數(shù)值;
第二類邊界條件:
給出未知函數(shù)在邊界外法線的方向?qū)?shù);
第三類邊界條件:
給出未知函數(shù)在邊界上的函數(shù)值和外法線的方向?qū)?shù)的線性組合。
對(duì)應(yīng)于comsol,只有兩種邊界條件:
Dirichlet boundary(第一類邊界條件)—在端點(diǎn),待求變量的值被指定。
Neumann boundary(第二類邊界條件)—待求變量邊界外法線的方向?qū)?shù)被指定。
再補(bǔ)充點(diǎn)初始條件:
初始條件,是指過程發(fā)生的初始狀態(tài),也就是未知函數(shù)及其對(duì)時(shí)間的各階偏導(dǎo)數(shù)在初始時(shí)刻t=0的值.在有限元中,好多初始條件要預(yù)先給定的。不同的場(chǎng)方程對(duì)應(yīng)不同的初始條件。
總之,為了確定泛定方程的解,就必須提供足夠的初始條件和邊界條件!
諾伊曼邊界條件
在數(shù)學(xué)中,諾伊曼邊界條件(Neumann boundary condition) 也被稱為常微分方程或偏微分方程的“第二類邊界條件”。諾伊曼邊界條件指定了微分方程的解在邊界處的微分。
在常微分方程情況下,如
在區(qū)間[0,1],諾伊曼邊界條件有如下形式:
y'(0) = α1y'(1) = α2其中α1和α2是給定的數(shù)值。
一個(gè)區(qū)域上的偏微分方程,如
Δyy= 0(Δ表示拉普拉斯算子,諾伊曼邊界條件有如下的形式
這里,ν表示邊界處(向外的)法向;f是給定的函數(shù)。法向定義為
其中?是梯度,圓點(diǎn)表示內(nèi)積。
(1)正確確定周邊炮眼的位置、
方向、深度、角度,并選用低密度、低爆速和高體積威力的炸藥,是保證光面爆破成功和增強(qiáng)爆破效果的關(guān)鍵。
(2)采用預(yù)留邊坡保護(hù)層、分集或分條分層布置藥包、松動(dòng)或拋坍洞室控制爆破進(jìn)行路塹主體方量開挖,然后至坡頂向下用挖掘機(jī)配合淺眼爆破進(jìn)行刷坡和清方,能適用于各種復(fù)雜地形條件的深挖石方路塹開挖,且成本低廉。
(3)采用預(yù)裂---洞室控制爆破相結(jié)合的方法進(jìn)行深路塹石方深孔爆破或松動(dòng)爆破方快速開挖,然后用挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)配合自卸氣車聯(lián)合清方,效果更為顯著。
(4)利用有利地形進(jìn)行定向爆破、拋坍(擲)業(yè),對(duì)具有一定巖石厚度邊坡路塹具有顯著效果。
在abaqus中怎樣設(shè)定梁簡(jiǎn)支端的邊界條件
假定粱在XY平面內(nèi),粱沿X方向放置,左邊固定餃支座,右邊滑動(dòng)餃支座,那么邊界為:左邊(u1=0,u2=0),右邊(u2=0),如果是平面粱,還應(yīng)限制整根粱Z向位移,以及粱繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
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以P91鋼為例進(jìn)行了小口徑鋼管玻璃潤滑熱擠壓工藝試驗(yàn),記錄不同擠壓溫度、擠壓速度下的擠壓力變化。以物理試驗(yàn)的觀察結(jié)果為依據(jù),借助于有限元軟件DEFORM 2D進(jìn)行模擬分析,根據(jù)穩(wěn)定擠壓階段的擠壓力大小,得出相應(yīng)的摩擦系數(shù),根據(jù)擠壓力曲線的后期變化趨勢(shì),得出相應(yīng)的換熱系數(shù)。并最終得出玻璃潤滑邊界的換熱系數(shù)q≤1.0×103J/(m2.s.℃),庫侖摩擦系數(shù)μ=0.02~0.03,從而為鋼管玻璃潤滑熱擠壓工藝提供合理準(zhǔn)確的邊界參數(shù)。
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附件 3 典型造價(jià)設(shè)計(jì)邊界條件 一、電氣專業(yè): (1)未采用拉線塔或鋼管桿; (2)耐張塔比例: 15mm 及以下冰區(qū), 500kV 為桿塔總數(shù)的 15%, 110、220kV 為桿塔總數(shù)的 17%。 (3)未考慮林區(qū)高跨的影響; (4)交叉跨越按一般情況考慮,未考慮城市近郊等多跨越情況; (5)污穢等級(jí)按Ⅱ級(jí)考慮;懸垂絕緣子串及耐張絕緣子串均采用盤 型絕緣子; (6)塔頭設(shè)計(jì)按《 110kV~ 750kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB 50545-2010)執(zhí)行; (7)地線按兩根普通地線考慮。 (8)10mm及以下冰區(qū)直線塔平均呼高及水平檔距利用率: 項(xiàng)目 電壓 (kV) 地 形 平丘 山地 高山 直線塔平均呼高 500 32 36 36 220 20.5 24 25 110 17.5 21 21.5 水平檔距利用率 85% 82% 80% (9)10mm及以下冰區(qū)單公里
應(yīng)力邊界條件即彈性體在外力作用下處于平衡狀態(tài)的條件,是物體內(nèi)部的各點(diǎn)的應(yīng)力分量應(yīng)滿足平衡方程式,物體邊界上各點(diǎn)也必須是平衡的。
由后者將導(dǎo)出應(yīng)力邊界條件。換言之,所謂應(yīng)力邊界條件就是在給定面力的邊界上應(yīng)力分量與面力分量之間的關(guān)系。
混合邊界條件有兩種情況,一種情況是在物體的整個(gè)邊界s上,一部分為已知應(yīng)力,即給定應(yīng)力的邊界s ;另一種情況是在同一部分邊界上已知部分位移和部分應(yīng)力,即給定位移與應(yīng)力混合邊界條件。
模擬大型振動(dòng)結(jié)構(gòu)中波的傳播是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù),工程師必須在減小計(jì)算域尺寸與減少表面邊界的反射之間做出平衡。利用 COMSOL Multiphysics? 軟件的低反射邊界條件,我們可以輕松將計(jì)算域減小到合理大小,同時(shí)保證仿真結(jié)果的精確度。今天,我們以巖層中的爆炸波傳播建模為例,演示低反射邊界條件的具體應(yīng)用。
研究巖層中的爆炸波傳播
隧道是十分常見的交通設(shè)施,為公路、鐵路、航運(yùn),甚至是步行,都提供了更為便捷的通行方式。在地下通道施工中,為便于開挖,爆破技術(shù)常常被用于破碎巖石。
世界上最長的公路隧道——瑞士洛爾達(dá)(L?rdal)隧道利用爆破而建成。圖片由 Svein-Magne Tunli 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過維基共享資源分享。
在巖石爆破過程中,鉆孔處會(huì)承受載荷。了解爆破時(shí)波在隧道結(jié)構(gòu)中的傳播過程是保證爆破操作安全可靠的關(guān)鍵。
對(duì)振動(dòng)的大型結(jié)構(gòu)中波的傳播進(jìn)行模擬,通常都有難度,因?yàn)槲覀儾粌H需要處理相當(dāng)大的計(jì)算域,還要避免來自表面邊界的反射影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。COMSOL Multiphysics 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)策:使用低反射邊界條件來截?cái)嘤?jì)算域。
為了方便您清楚地了解低反射邊界條件的具體應(yīng)用,我們看一看“案例庫”中的示例。
使用低反射邊界條件模擬波的傳播
低反射邊界條件默認(rèn)采用了相鄰域的材料數(shù)據(jù),從而創(chuàng)建對(duì)壓力波和剪切波的完美阻抗匹配。這種方法最適用于波方向接近于壁法向的情況。
示例使用了長方體模型幾何。模型的四個(gè)側(cè)壁中有兩個(gè)是對(duì)稱平面。另外兩個(gè)側(cè)面的作用是截?cái)嘤?jì)算域,在該切面上,巖石的深度尺寸遠(yuǎn)大于切向尺寸。長方體的尺寸及材料參數(shù)采用了模型文檔中參考文獻(xiàn) 1 提供的數(shù)據(jù)。
模型幾何和網(wǎng)格。請(qǐng)注意,圖中所示的兩個(gè)側(cè)壁是對(duì)稱平面。爆破發(fā)生在兩個(gè)平面與底面相交的位置。
下表顯示了所使用的彈性材料的屬性。請(qǐng)注意,這些值對(duì)應(yīng)花崗巖的屬性值。
巖石的上表面為自由表面,在底面上施加了載荷,此例中為有一定持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖。載荷表示巖石內(nèi)部靠近表面的地方發(fā)生了爆炸。
載荷函數(shù)。
針對(duì)長方體中波傳播的瞬態(tài)研究,我們?cè)O(shè)置了 150 ms 的時(shí)間間隔。下方的仿真繪圖展示了波的典型傳播模式。
彈性波開始傳播時(shí)長方體中的應(yīng)力。
接著,我們對(duì)應(yīng)用(藍(lán)色實(shí)線)和未應(yīng)用(綠色虛線)低反射邊界條件時(shí),巖石上表面的垂直位移進(jìn)行了比較。值得注意的是,下圖中的第一條和第二條垂直虛線分別表示入射和反射壓力波到達(dá)表面時(shí)的解析解。兩項(xiàng)結(jié)果均與仿真結(jié)果非常吻合。此外,如圖所示,兩個(gè)響應(yīng)在到達(dá)預(yù)計(jì)時(shí)間后開始彼此偏離,這正是反射波造成的結(jié)果。
在使用和不使用低反射邊界條件的情況下,比較巖石上表面的垂直位移。
本文介紹的內(nèi)容只是使用低反射邊界條件簡(jiǎn)化建模過程的一個(gè)案例。您可以參考此教學(xué)模型對(duì)其他仿真研究進(jìn)行優(yōu)化。
來源:COMSOL 中國
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對(duì)不同的邊界情況,邊界條件有所不同:
①固定邊沿邊緣各點(diǎn)的撓度和斜度均為零。在直角坐標(biāo)系中,若x=a為固定邊,則
②簡(jiǎn)支邊(注:此處空格)沿簡(jiǎn)支邊各點(diǎn)的撓度和彎矩M均為零。若x=a為簡(jiǎn)支邊,則
③自由邊(注:此處空格)沿自由邊各點(diǎn)的彎矩和剪力V為零。若x=a為自由邊,則
④自由角點(diǎn)(注:此處空格)若x=a,y=b是一個(gè)自由角點(diǎn),則角點(diǎn)的反力R為零,即