第44卷第2期2023年2月哈尔滨工程大学学报JournalofHarbinEngineeringUniversityVol.44№.2Feb.2023二维功能梯度材料热传导格点型有限体积法研究龚京风,徐宗著,宣领宽,江致远,郑文利(武汉科技大学汽车与交通工程学院,湖北武汉430065)摘要:为了分析二维功能梯度材料热传导问题,发展格点型有限体积法,本文利用交错网格技术处理任意空间分布的材料物性,并使用C++语言开发数值求解程序。利用该程序分析不同网格类型下功能梯度材料圆环和不同边界条件下功能梯度材料板的热传导问题。结果表明:发展的格点型有限体积法对于线性三角形单元及双线性四边形单元的适用性良好,不同边界条件下格点型有限体积法解与解析解的误差不超过±0.12%,验证了求解程序的正确性。与有限元及解析解结果对比发现,当结构角点处存在剧烈温度变化且网格较为粗糙时,有限元结果出现数值振荡的现象,而格点型有限体积法结果仍然合理。分析表明:对于复杂的功能梯度材料热传导问题,格点型有限体积法比有限元方法具有更好的数值稳定性。关键词:交错网格;格点型有限体积法;二维功能梯度材料;热传导;数值振荡;C++程序语言;误差分析;CAE软件DOI:10.11990/jheu.202105015网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20221027.1431.002.html中图分类号:TK124文献标志码:A文章编号:1006-7043(2023)02-0321-08Investigationoncell-vertexfinitevolumemethodfortheheatconductionoftwo-dimensionalfunctionallygradedmaterialsGONGJingfeng,XUZongzhu,XUANLingkuan,JIANGZhiyuan,ZHENGWenli(SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430065,China)Abstract:Toanalyzetheheatconductionproblemoftwo-dimensionalfunctionallygradedmaterials(FGMs),thestaggeredcell-vertexfinitevolumemethod(CV-FVM)isdevelopedinthisresearch.Staggeredgridtechnologyisap-pliedtoprocessthematerialpropertiesofarbitraryspatialdistribution,andtheC++languageisusedtodevelopthenumericalsolutionprogram.ThisprogramisusedtoanalyzetheheatconductionofFGMringsunderdifferentgridtypesandFGMplatesunderdifferentboundaryconditions.TheresultsshowthatthedevelopedCV-FVMmethodhasgoodapplicabilityforlineartriangularelementsandbilinearquadrilateralelements.TheerrorbetweentheCV-FVMandanalyticalsolutionsunderdifferentboundarycondit...
