达尔整理ANSYS流固耦合分析实例命令流.docx
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达尔整理ANSYS流固耦合分析实例命令流
ANSYS流固耦合分析实例命令流
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2015年10月达尔文档|DareDoc整理
ANSYS流固耦合的方式
一般说来,ANSYS的流固耦合主要有4种方式:
1,sequential
这需要用户进行APDL编程进行流固耦合
sequentia指的是顺序耦合
以采用MpCCI为例,你可以利用ANSYS和一个第三方CFD产品执行流固耦合分析。
在这个方法中,基于网格的平行代码耦合界面(MpCCI)将ANSYS和CFD程序耦合起来。
即使网格上存在差别,MpCCI也能够实现流固界面的数据转换。
ANSYSCD中包含有MpCCI库和一个相关实例。
关于该方法的详细信息,参见ANSYSCoupled-FieldAnalysisGuide中的SequentialCouplin
2,FSIsolver
流固耦合的设置过程非常简单,推荐你使用这种方式
3,multi-fieldsolver
这是FSIsolver的扩展,你可以使用它实现流体,结构,热,电磁等的耦合
4,直接采用特殊的单元进行直接耦合,耦合计算直接发生在单元刚度矩阵
一个流固耦合模态分析的例子1
这是一个流固耦合模态分析的典型事例,采用ANSYS/MECHANICAL可以完成。
处理过程中需要注意以下几个方面的问题:
1、单元的选择;
2、流体材料模式;
3、流固耦合关系的定义;
4、模态提取方法。
length=2
width=3
height=2
/prep7
et,1,63
et,2,30!
选用FLUID30单元,用于流固耦合问题
r,1,0.01
mp,ex,1,2e11
mp,nuxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
mp,dens,2,1000!
定义Acoustics材料来描述流体材料-水
mp,sonc,2,1400
mp,mu,0,
!
block,,length,,width,,height
esize,0.5
mshkey,1
!
type,1
mat,1
real,1
asel,u,loc,y,width
amesh,all
alls
!
type,2
mat,2
vmesh,all
fini
/solu
antype,2
modopt,unsym,10!
非对称模态提取方法处理流固耦合问题
eqslv,front
mxpand,10,,,1
nsel,s,loc,x,
nsel,a,loc,x,length
nsel,r,loc,y
d,all,,,,,,ux,uy,uz,
nsel,s,loc,y,width,
d,all,pres,0
alls
asel,u,loc,y,width,
sfa,all,,fsi!
定义流固耦合界面
alls
solv
fini
/post1
set,first
plnsol,u,sum,2,1
fini
一个流固耦合模态分析的例子2
一实例,水箱采用SHELL63单元,水箱中的水采用FLUID30单元,以下即为整个流固耦合模态计算的命令流文件:
length=1
width=0.6
height=0.8
/prep7
et,1,63
et,2,30!
选用FLUID30单元,用于流固耦合问题
r,1,0.01
mp,ex,1,2e11
mp,nuxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
mp,dens,2,1000!
定义Acoustics材料来描述流体材料-水
mp,sonc,2,1400
mp,mu,2,
!
block,,length,,width,,height
esize,0.1
mshkey,1
!
type,1
mat,1
real,1
asel,u,loc,y,width
amesh,all
alls
!
type,2
mat,2
vmesh,all
fini
/solu
antype,2
modopt,unsym,10!
非对称模态提取方法处理流固耦合问题
eqslv,front
mxpand,10,,,1
nsel,s,loc,x,
nsel,a,loc,x,length
nsel,r,loc,y
d,all,,,,,,ux,uy,uz,
nsel,s,loc,y,width,
d,all,pres,0
alls
asel,u,loc,y,width,
sfa,all,,fsi!
定义流固耦合界面
alls
solv
fini
/post1
set,first
plnsol,u,sum,2,1
fini
我得出的结果是:
SETTIME/FREQLOADSTEPSUBSTEPCUMULATIVE
129.195111
20.0000111
333.202122
40.0000122
537.598133
60.0000133
744.592144
80.0000144
947.917155
100.0000155
1188.015166
120.0000166
1388.565177
140.0000177
1597.133188
160.0000188
17109.49199
180.0000199
19109.8111010
200.000011010
为了比较我还计算了水箱不装水的情况,(水箱体模型的建立和约束与上面的相同,只是把流体部分去掉),计算结果是:
SETTIME/FREQLOADSTEPSUBSTEPCUMULATIVE
145.108111
252.591122
368.922133
476.373144
591.398155
6126.49166
7140.43177
8152.15188
9156.77199
10160.7911010
我想请问:
1。
水箱装水时,怎么计算结果中有0频率啊?
其中不等于0的频率是水箱体的频率么?
2。
水箱不装水时的结果和装水时的相差怎么这么大啊?
还是我理解错了么?
企盼指教
一个流固耦合建模的例子
/prep7!
进行预处理模块
et,1,30,!
定义1号单元为Fluid30流固耦合单元
et,2,29!
定义2号单元为Fluid29平面流体单元
et,3,30,,1!
定义3号单元为Fluid30流体介质单元
et,4,63!
定义4号单元为Shell63壳体单元
et,5,188!
定义5号单元为Beam188梁单元
r,4,0.002!
定义4号单元的厚度为2㎝
mp,dens,4,7800!
定义4号物理属性包括有密度
mp,ex,4,2.1e11!
杨氏模量、
mp,nuxy,4,0.3!
泊松比
mp,sonc,1,1460!
设置水中声速
mp,dens,1,1000!
设置流体密度
sectype,1,beam,T,!
选取T型梁
secoffset,,orig!
设置梁的方向
secdata,0.04,0.05,0.002,0.02,0,0,0,0,0,0
!
所建立的圆柱壳体的参数:
圆柱长为50㎝,半径为25㎝,壳体的壁厚为2㎝,
cyl4,0,0,0.25,,5!
形成圆面
k,9,0,0,0!
定义原点
k,10,0,0,0.5
lstr,9,10!
通过原点作直线
adrag,5,6,7,8,,,9!
通过放样形成圆柱
wpoff,0,0,0.1
asel,s,,,2,5
asbw,all,,,!
移动工作平面与选取的侧面相切
!
重复上面操作,形成四个环肋面
wpoff,0,0,-0.4!
工作平面回到原点位置上
k,31,0.2,0,0.1!
定义环肋的方向点
lsel,s,,,20!
选择要划分为环肋的线段
latt,4,5,5,,31,40,1!
定义线段物理属性
lesize,20,,,6!
划分数目
secnum,1
lmesh,20!
划分线段
type,2!
选取第二种单元
lsel,s,,,1,4!
选取线段
lesize,all,,,10!
线段划分数目
lesize,all,,,6
amesh,1!
将通过工作平面的面1进行划分
esize,0.1,0!
选取沿面放样的网格大小
mat,1!
定义放样的形成单元的物理属性
vdrag,1,,,,,,9!
进行放样形成流体介质
一加筋板在水中的模态分析
再给大家一个实例!
考虑结构在水中的自振频率:
例子是一加筋板在水中的模态分析。
命令流如下:
FINISH
/CLEAR
/FILENAME,plane
/UNITS,SI
/TITLE,plane
/PREP7
!
*********ELEMENTDEFINE********
ET,63,63
ET,4,beam4
et,30,fluid30
!
****MATERIALDEFINE*********
MP,EX,1,2.10E11
MP,DENS,1,7850
MP,NUXY,1,0.3
mp,dens,30,1025
mp,sonc,30,1500
mp,mu,30,0.5
!
*******REALCONSTANT***********
r,30,1e-06
r,50,0.05
r,75,0.375e-02,0.78125e-06,0.000016406
k,1
k,4,1
kfill,1,4,2,,1
kgen,4,1,4,1,,1/3,,10
a,1,2,12,11
*do,i,0,2
*do,j,0,2*10,10
a,1+i+j,2+i+j,12+i+j,11+i+j
*enddo
*enddo
!
***************************fluidelement****************
k,100,-14.5,-14.5
k,101,-14.5,15.5
k,102,15.5,15.5
k,103,15.5,-14.5
k,140,-14.5,-14.5,30
k,141,-14.5,15.5,30
k,142,15.5,15.5,30
k,143,15.5,-14.5,30
a,100,101,102,103,4,14,24,34,33,32,31,21,11,1
a,1,2,3,4,103,100
a,140,141,142,143
a,100,101,141,140
a,101,102,142,141
a,142,143,103,102
a,140,143,103,100
a,14,24,34,33,32,31,21,11,1,2,3,4
asel,u,,,1,
FLST,2,8,5,ORDE,2
FITEM,2,10
FITEM,2,-17
VA,P51X
nummrg,all
alls
MSHKEY,0
MSHAPE,0
esize,1
lsel,s,loc,y,1/3
lsel,r,loc,x,0,1
lsel,r,loc,z,0
latt,1,75,4
lmesh,all
lsel,s,loc,y,2/3
lsel,r,loc,x,0,1
lsel,r,loc,z,0
latt,1,75,4
lmesh,all
lsel,s,loc,x,1/3
lsel,r,loc,y,0,1
lsel,r,loc,z,0
latt,1,75,4
lmesh,all
lsel,s,loc,x,2/3
lsel,r,loc,y,0,1
lsel,r,loc,z,0
latt,1,75,4
lmesh,all
asel,s,,,1,9
aatt,1,50,63
amesh,all
alls
MSHAPE,1,3d
esize,3
vsel,s,,,1
type,30$mat,30$real,30
vmesh,all
alls
FINISH
/solu
alls
!
****求解***********
!
*********************
ANTYPE,MODAL
!
MODOPT,lanb,25,0
MODOPT,UNSYMM,25,0
SOLVE
FINISH
总是出现error说矩阵不对称,不可以用lanb计算。
总结:
流体单元不能用对称的解法
应该采用非对称解法。
一圆环在水中的模态分析
finish
/clear
/PREP7
!
定义单元类型
ET,1,PLANE42!
structuralelement
ET,2,FLUID29!
acousticfluidelementwithux&uy
ET,3,129!
acousticinfinitelineelement
r,3,0.31242,0,0
ET,4,FLUID29,,1,0!
acousticfluidelementwithoutux&uy
!
材料属性
MP,EX,1,2.068e11
MP,DENS,1,7929
MP,NUXY,1,0
MP,DENS,2,1030
MP,SONC,2,1460
!
创建四分之一模型
CYL4,0,0,0.254,0,0.26035,90
CYL4,0,0,0.26035,0,0.31242,90
!
选择属性,网格划分
ASEL,S,AREA,,1
AATT,1,1,1,0
LESIZE,1,,,16,1
LESIZE,3,,,16,1
LESIZE,2,,,1,1
LESIZE,4,,,1,1
MSHKEY,1
MSHAPE,0,2D!
mappedquadmesh
AMESH,1
ASEL,S,AREA,,2
AATT,2,1,2,0
LESIZE,5,,,16,1
LESIZE,7,,,16,1
LESIZE,6,,,5
LESIZE,8,,,5
MSHKEY,0
MSHAPE,0,2D!
mappedquadmesh
AMESH,2
!
关于Y轴镜像
nsym,x,1000,all!
offsetnodenumberby1000
esym,,1000,all
!
关于y轴镜像
nsym,y,2000,all!
offsetnodenumberby2000
esym,,2000,all
NUMMRG,ALL!
mergeallquantities
esel,s,type,,1
nsle,s
esln,s,0
nsle,s
esel,inve
nsle,s
emodif,all,type,4
esel,all
nsel,all
!
指定无限吸收边界
csys,1
nsel,s,loc,x,0.31242
type,3
real,3
mat,2
esurf
esel,all
nsel,all
!
标识流固交接面
nsel,s,loc,x,0.26035
esel,s,type,,2
sf,all,fsi,1
nsel,all
esel,all
FINISH
/solu
antype,modal
modopt,damp,10
mxpand,10,,,yes
solve
finish
为了便于对比,也对圆环在空气中做了模态分析
finish
/clear
/PREP7
!
定义单元类型
ET,1,PLANE42!
structuralelement
!
材料属性
MP,EX,1,2.068e11
MP,DENS,1,7929
MP,NUXY,1,0
!
创建四分之一模型
CYL4,0,0,0.254,0,0.26035,90
!
选择属性,网格划分
ASEL,S,AREA,,1
AATT,1,1,1,0
LESIZE,1,,,16,1
LESIZE,3,,,16,1
LESIZE,2,,,1,1
LESIZE,4,,,1,1
MSHKEY,1
MSHAPE,0,2D!
mappedquadmesh
AMESH,1
!
关于Y轴镜像
nsym,x,1000,all!
offsetnodenumberby1000
esym,,1000,all
!
关于y轴镜像
nsym,y,2000,all!
offsetnodenumberby2000
esym,,2000,all
NUMMRG,ALL
/solu
antype,modal
modopt,lanb,10
mxpand,10,,,yes
solve
finish
在水中的自振频率为
SETTIME/FREQLOADSTEPSUBSTEPCUMULATIVE
1-0.19544E-10111
20.29640E-03111
3-0.21663E-10122
4-0.29640E-03122
50.30870E-03133
60.0000133
7-0.30870E-03144
80.0000144
9-0.53726E-03155
100.57522E-11155
110.53726E-03166
12-0.89057E-11166
130.98059E-01177
1435.232177
150.98059E-01188
16-35.232188
170.98061E-01199
1835.233199
190.98061E-0111010
20-35.23311010
在空气中的自振频率为
SETTIME/FREQLOADSTEPSUBSTEPCUMULATIVE
10.0000111
20.0000122
30.73609E-03133
460.805144
560.805155
6172.97166
7172.97177
8334.40188
9334.40199
10546.5911010
主要有以下疑问:
1)考虑流固耦合,做模态分析时流体单元是否只能用fluid29(2d)和fluid30(3d),对于fluid129和fluid130在耦合中具体起到什么作用,能不能不设,而用边界约束条件代替?
2)流体范围怎样确定,如本例中(CYL4,0,0,0.26035,0,0.31242,90),外半径为0.31242。
如果不是环形的,如一块当水板,该怎样考虑?
3)如果不考虑流体的压缩性,把声速设的很大,MP,SONC,2,1e20,就可以了。
4)从自振频率可以看出,在水中和在空气中,圆环的自振频率差别特别大,且振型也大相径庭,为什么?
在水中时,模态提取方法用damp(为什么不能用unsym),特征值的虚部代表角频率,为什么第一阶为正,第二阶为负,而第三阶和第四阶都为0,第六阶、八阶、十阶都为负。
应该是从小到大才对?
5)在空气中时,模态提取方法用lanb,为什么第一阶第二阶的频率都为0。
请高手指点迷津,急盼中
对以上问题的解答:
频率为零,一般是发生了刚体位移,估计你是把水抽走,而没有限制圆环。
1。
圆环在水中振动必然导致波动(其实就是声波)在水中传播,当声波到达水的另一个界面时就会发生反射(除非水和另一个相邻体的声阻抗是匹配的)。
水和金属中的声速相差不大,即可压缩性相差不大。
两种可压缩性相差不大的物质的相互作用对两者影响都很大。
圆环在水中振动,水对圆环的反作用是由于反射波引起的,流固耦合中采用fluid129和130就是最大程度的减弱反射波。
2。
声波从圆环开始传播,随着传播距离的增加,波阵面不断增大,振幅不断减小。
同时由于水的衰减,声波也不断减弱。
如果水的空间越大,则反射波返回圆环的路径越长,衰减也就越多,影响也就越小。
fluid129和130对反射波的衰减(通过很小的反射实现)有限,因此还需要水要有足够的空间。
fluid129和130离结构应该大于0.2λ(λ=c/f,c为水中声速)。
以上的做法在误差允许的情况下等效于水在无限大水空间中的情况。
如果是挡水板,水就是有限空间了,情况也不一样。
3。
声速加大情况也不一样,就是不知是不是你所要的情况?
4。
空气作为介质,由于其声速比金属小很多,可压缩性大很多,影响可以忽略不计。
而水的影响就不同了。
这可能就是频率和振型不同的原因吧?
我试了你的例子,各种提取方法都可以。
5。
空气的影响忽略不计,因此需要对圆环进行约束。
你没有约束,那么就会发生静态位移即频率为零。
圆环有两个对称轴,因此会发生频率成对出现的情况。
也就是说,两个方向上有同样的振型。
接触分析实例---包含初始间隙
fini
/clear,nostart
/prep7
et,1,82
KEYOPT,1,3,3
r,1,0.5
mp,ex,1,1e9
mp,prxy,1,0.3
k,1,0,0
k,2,10,0
k,3,10,5
k,4,6.2,5
k,5,7.5,3.4
k,6,2.5,3.4
k,7,3.8,5
k,8,0,5
a,1,2,3,4,5,6,7,8
LFILLT,6,5,0.18,,
LFILLT,5,4,0.18,,
FLST,2,3,4
FITEM,2,9
FITEM,2,11
FITEM,2,10
AL,P51X
FLST,2,3,4
FITEM,2,13
FITEM,2,14
FITEM,2,12
AL,P51X
FLST,2,3,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-3
AADD,P51X
rect,0,10,4.8,5
ASBA,4,1
gap=0.02
k,24,6.2-gap,5
k,25,7.5-gap,3.4
k,26,2.5+gap,3.4
k,27,3.8+gap,5
a,24,25,26,27
LFILLT,4,3,0.2,,
LFILLT,3,2,0.2,,
FLST,2,3,4
FITEM,2,7
FITEM,2,10
FITEM,2,8
AL,P51X
FLST,2,3,4
FITEM,2,13
FITEM,2,14
FITEM,2,11
AL,P51X
FLST,3,2,5,ORDE,2
FITEM,3,3
FITEM,3,-4
ASBA,1,P51X
rect,3.8+gap,6.2-gap,5,10
rect,3.8+gap,3.8+gap+8,10,12
FLST,2,3,5,ORDE,3
FITEM,2,1
FITEM,2,3
FITEM,2,5
A
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