(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211032489.1 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 宁波德图科技有限公司 地址 315899 浙江省宁波市北仑区宝山路 527号金融大厦1801 (72)发明人 蒲菠　何秋森　范峻　 (74)专利代理 机构 上海浦一知识产权代理有限 公司 3121 1 专利代理师 焦天雷 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 时域热传导仿真方法及存 储介质 (57)摘要 本发明公开了一种时域热传导仿真方法， 包 括： 利用有限元网格剖分工具几何建模和网格剖 分， 读取几何信息； 设置固体传热学分析中各个 区域材料相关参数； 构建热学时域有限元的基本 方程计算出单元矩阵中每一个元素的值， 热学采 用基于四面体单元的线性点基标量基函数， 获得 每个单元的单元矩阵； 通过每个单元、 节点、 边的 编号， 将单元矩阵中的元素与全局矩阵的元素对 应， 通过遍历叠加利用单元矩阵， 得到全局矩阵； 通过热学时域有 限元的基本方程对每一个时间 步进行迭代 运算。 本发明能获得准确的时域热传 导仿真结果。 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 CN 115374673 A 2022.11.22 CN 115374673 A 1.一种时域热传导仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 利用有限元网格剖分工具几何建模和网格剖分， 读取几何信息； S2， 设置固体传热 学分析中各个区域材 料相关参数； S3， 构建热学时域有限元的基本方程计算出单元矩阵中每一个元素的值， 热学采用基 于四面体单 元的线性 点基标量基函数， 获得每 个单元的单元矩阵； S3， 通过每个单元、 节点、 边的编号， 将单元矩阵中的元素与全局矩阵的元素对应， 通过 遍历叠加利用单 元矩阵， 得到全局矩阵； S4， 通过热学时域有限元的基本方程对每一个时间步进行迭代运 算。 2.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特 征在于， 还 包括： S5， 通过验证工具对热 学时域有限元的基本方程结果进行验证。 3.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特 征在于： 步骤S1中， 通过有限元网格剖分工具进行几何建模和网格剖分， 通过第三方仿真软件 读取几何信息 。 4.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特 征在于： 步骤S2中， 各个区域材料相关参数包括： 热导率， 质量密度， 比热容、 边界条件以及观测 数据所需的域 点探针。 5.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特征在于： 热学时域有限元的基本方程 表达如下； T为温度， c为材料比热容， t为时间， 为阻尼矩阵， 为刚度矩阵， {T}为离散形式 的温度场标量。 6.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特征在于： 步骤S3中， 每个单元的单元 矩阵包括质量矩阵、 阻尼矩阵和刚度矩阵。 7.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特征在于： 步骤S4中， 进行迭代运算采 用LUPQ矩阵分解法。 8.如权利要求1所述的时域热传导仿真方法， 其特征在于： 步骤S5中， 通过构建算例采 用第三方仿真软件作为验证工具。 9.一种用于执行权利要求1 ‑8任意一项所述的时域热传导仿真方法中步骤的计算机可 读存储介质。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115374673 A 2时域热传导仿真方 法及存储介质 技术领域 [0001]本发明涉及热学仿真技术领域， 特别是涉及一种基于高阶四面体单元的时域热传 导仿真方法， 以及一种用于执 行所述时域热传导仿真方法中步骤的计算机可读存 储介质。 背景技术 [0002]20世纪40年代早期， A.Hrennikoff和R.Courant针对建筑结构和飞行器结构的设 计的力学分析提出发展了现在称为有限元法(Fi nite Element Method)的数值方法。 [0003]1965年， Winslow将FEM应用于电气 工程分析中。 1966年， Kane  Yee首先提出了基于 时域有限差分法(Fi nite Difference Time Domain,FDTD)的电磁学时域仿真方法。 [0004]1969年， Si lvester首 先将FEM运用到高频 领域， 应用于微波 波导设计。 [0005]1997年， Jin ‑fa Lee等人提出并详细介绍了基于时域有限元法(Finite  Element  Time Domain,FETD)的电磁学时域数值仿真方法。 [0006]2016年， Jian ‑Ming Jin等人基于FEM， FETD实现了电热耦合仿 真， 利用FETI提升计 算效率， 应用于射频器件的热分析。 [0007]2019年， Zhang  Hao‑Xuan等人采用并行计算技术优化射频元器件多物理仿真的效 率。 [0008]2020年， Yan  Su， Jian‑Ming Jin等人发表“An enhanced  transient  solver with  dynamic p‑adaptation  and multirate time integration for electromagnetic  and  multiphysics  simulations ”。 基于时域离散伽辽金法(Discontinuous  Galerkin  Time  Domain， DGTD)开发了多物理(电磁学与等离子体)的仿真解算器， 针对多尺度问题(Multi ‑ scale problem)利用动态p优化 适应和多时间步的方法提升计算效率。 [0009]关于有限元的算法研究已经比较完善， 但是， 对于基于高阶四面体单元的热学时 域有限元求解方法还比较少 。 部分研究在进行电热多物理仿真时， 只采用了单项耦合的模 型， 计算了电磁场的热效应而忽略了温度对于电磁场的影响。 目前， 对各个物理场都采用时 域分析(即全时域)的电热双向耦合仿真方法的研究是很少的。 因此， 基于高阶四面体单元 的热学时域有限元求 解方法对于多物理问题有很大的作用。 发明内容 [0010]在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域 现有技术简化， 这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。 本发明的发明内容部分并不 意味着要 试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必 要技术特征， 更不意味着试图 确定所要求保护的技 术方案的保护范围。 [0011]为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供了一种基于高阶四面体单元的时域热 传导仿真方法。 [0012]为解决上述 技术问题， 本发明提供的时域热传导仿真方法， 包括以下步骤： [0013]S1， 利用有限元网格剖分工具几何建模和网格剖分， 读取几何信息；说　明　书 1/8 页 3 CN 115374673 A 3