Редактирование: Моделирование теплового потока в дискретной среде методами разрушения

'''''Дипломная работа '''''

'''Исполнитель:''' [[Колбасов Алексей]]

'''Группа:'''  5030103/90101

'''Семестр:''' осень 2022

На макроскопическом уровне распространение тепла в большинстве материалов описывается законом Фурье, согласно которому тепловой поток пропорционален градиенту температуры. Являясь удобной математической моделью, закон Фурье приводит к ряду физических парадоксов, таких, как мгновенное распространение тепла. Заметные отклонения от закона Фурье наблюдаются на малых временных и пространственных масштабах. Кроме того известно, что в простейших дискретных системах, таких как одномерный гармонический кристалл (цепочка частиц, связанных линейными пружинами) распространение тепла не подчиняется закону Фурье. В настоящее время вопрос о распространения тепла в идеальных кристаллических системах остается открытым. Вместе с тем, данный вопрос приобретает особую актуальность, так как с развитием нанотехнологий расширяется возможность применения идеальных бездефектных кристаллов и их уникальных теплопроводящих свойств. Кроме того, рациональное описание процессов теплопереноса необходимо для замыкания уравнений механики дискретных сред и приложения их к описанию термомеханики твердых тел на наномасштабном уровне.

==Постановка задачи==



==Математическая модель==
<math>
    m \ddot{U_n} = c(U_{n+1}-2U_{n}+U_{n-1}) + \sum_{i=1}^{N}  \frac{12 D_i}{a_i}( (\frac{a_i}{r})^{13}-(\frac{a_i}{r}^7))
</math>

С начальными условиями

<math>
   u_i^0(0) = 0, v_i^0(0) = \rho_i \sqrt{(A+B \sin(\lambda kx))}
</math>


<math>
   m\underline{\ddot{r}}_i(t)=\underline{F}_{R_1}+\underline{F}_{R_2} + \underline{F}_{g}\\
   \underline{r}_i(0)=\underline{r}_i^0,~\underline{v}_i(0)=0~~~i=1,\ldots,n
</math>


где 
<math>
   \underline{F}_{R_1}, \underline{F}_{R_2}\\
</math> - силы упругости действующие на <math>i</math>-ую частицу со стороны <math>i-1</math> и <math>i+1</math> соответственно;

<math>
  \underline{F}_{g} = -mg\underline{k} \\
</math> - сила тяжести;

Сила упругости, возникающая в пружине соединяющей частицу 1 и 2, вычисляется по следующей формуле:

<math>
   \underline{F}_{R}= c(||\underline{r}_2-\underline{r}_1|| - l_0)\frac{(\underline{r}_2-\underline{r}_1)}{||\underline{r}_2-\underline{r}_1||}
</math>,  где <math>c</math> - коэффициент жесткости пружины.

Обезразмеренное уравнение будет иметь вид:

<math>
   \underline{\ddot{r}}_i(t)= \frac{cl_0}{mg}(||\underline{r}_{i+1}-\underline{r}_i|| - 1)\frac{(\underline{r}_{i+1}-\underline{r}_i)}{||\underline{r}_{i+1}-\underline{r}_i||} + \frac{cl_0}{mg}(||\underline{r}_{i-1}-\underline{r}_i|| - 1)\frac{(\underline{r}_{i-1}-\underline{r}_i)}{||\underline{r}_{i-1}-\underline{r}_i||} - \underline{k}\\
   
</math>

Интегрирование по времени производится неявной схемой интегрирования.

==Исходный код программы==

Исходный код программы представлен где-то там