ansys流固耦合模態(tài)分析計(jì)算方法

2016-09-20 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在使用ANSYS計(jì)算結(jié)構(gòu)在水中的模態(tài)時(shí),FIUID29、FIUID30單元分別用來(lái)模擬二維和三維流體部分,相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型則利用PLANE42、SOIID45等單元來(lái)構(gòu)造,其中,PLANE42和SOLID45單元用來(lái)構(gòu)造二維和三維結(jié)構(gòu)模型。采用三維模型,流體選用FIUID30單元,結(jié)構(gòu)則采用SOLID45單元。

FLUID30是流體聲單元,用于模擬流體介質(zhì)及流固耦合問(wèn)題。該單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有4個(gè)自由度,分別是X、Y、Z3個(gè)方向的位移自由度和1個(gè)壓力自由度,為各向同性材料。輸入材料屬性時(shí),需要輸入流體的材料密度(作為DENS輸入),及流體聲速(作為S0NC輸入),流體粘性產(chǎn)生的損耗效應(yīng)忽略不計(jì)。
SOIID45單元用于構(gòu)造三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。單元通過(guò)8個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)定義,每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)沿著X、Y、Z方向平移的自由度。

在利用ANSYS建模分析時(shí),流場(chǎng)域單元屬性分為2種,由KEYOPT(2)(指定流體和結(jié)構(gòu)分界處結(jié)構(gòu)是否存在)控制,在流固耦合交界面上的單元KEYOPT(2)=0,表示分界面處有結(jié)構(gòu),其他流體單元KEYOPT(2)=1,表示分界面處無(wú)結(jié)構(gòu)。流體一結(jié)構(gòu)分界面應(yīng)通過(guò)面載荷標(biāo)志出來(lái),指定FSIlabel(不需數(shù)值)可以把分界面處的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和流體壓力耦合起來(lái),分界面標(biāo)志必須在分界面處的流體單元標(biāo)出。

模態(tài)分析的步驟
1)建立流體單元的實(shí)體模型。建立流體模型,首先需要確定流體域的范圍,針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,假定固體結(jié)構(gòu)周?chē)挥杏邢薹秶牧黧w,數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)流體區(qū)域足夠大時(shí),這一假定的結(jié)果與假定流體為無(wú)限邊界流體的結(jié)果的誤差應(yīng)小于1%。一般情況下可以取流體區(qū)域的半徑為固體結(jié)構(gòu)半徑(其中矩形截面取其邊長(zhǎng)的1/2作為半徑)的5倍以上。確定出流體區(qū)域的范圍后,建立流體單元,并將分界面處的流體單元的KEYOPT(2)值設(shè)置為0,其他流體單元KEYOPT值設(shè)置為1。
2)標(biāo)記流固耦合界面。選取流體單元中流固交界面上的節(jié)點(diǎn),執(zhí)行FSI命令,標(biāo)記耦合界面。
3)建立固體結(jié)構(gòu)實(shí)體模型。建立固體結(jié)構(gòu)模型,定義單元屬性,采取映射方式進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。
4)施加約束條件。由于流體區(qū)域的尺寸是遠(yuǎn)大于固體結(jié)構(gòu)的尺寸,故在流場(chǎng)邊界處的單元節(jié)點(diǎn)上施加壓力(PRES)一0約束。又因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)模型,并認(rèn)為流體區(qū)域在懸臂根部的平面內(nèi)有邊界,所以固體結(jié)構(gòu)模型底部固結(jié),流場(chǎng)底部定義Z方向約束。
5)選擇求解類(lèi)型,進(jìn)行求解。進(jìn)入SOLUTION求解器,定義分析類(lèi)型為模態(tài)分析,設(shè)定提取頻率階數(shù)及提取模態(tài)的方法。由于非對(duì)稱(chēng)矩陣法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣不對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題,故采用非對(duì)稱(chēng)矩陣法(UNSYMMETRIC)進(jìn)行模態(tài)的提取。
6)查看結(jié)果。進(jìn)入后處理器,查看結(jié)構(gòu)模型頻率及振型圖

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