ansys流固耦合模態(tài)分析計算方法

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

在使用ANSYS計算結(jié)構(gòu)在水中的模態(tài)時,FIUID29、FIUID30單元分別用來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等單元來構(gòu)造,其中,PLANE42和SOLID45單元用來構(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)及流固耦合問題。該單元有8個節(jié)點,每個節(jié)點上有4個自由度,分別是X、Y、Z3個方向的位移自由度和1個壓力自由度,為各向同性材料。輸入材料屬性時,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。
SOIID45單元用于構(gòu)造三維實體結(jié)構(gòu)。單元通過8個節(jié)點來定義,每個節(jié)點有3個沿著X、Y、Z方向平移的自由度。

在利用ANSYS建模分析時,流場域單元屬性分為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,表示分界面處無結(jié)構(gòu)。流體一結(jié)構(gòu)分界面應(yīng)通過面載荷標志出來,指定FSIlabel(不需數(shù)值)可以把分界面處的結(jié)構(gòu)運動和流體壓力耦合起來,分界面標志必須在分界面處的流體單元標出。

模態(tài)分析的步驟
1)建立流體單元的實體模型。建立流體模型,首先需要確定流體域的范圍,針對這個問題,假定固體結(jié)構(gòu)周圍只有有限范圍的流體,數(shù)值實驗表明,當(dāng)流體區(qū)域足夠大時,這一假定的結(jié)果與假定流體為無限邊界流體的結(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)標記流固耦合界面。選取流體單元中流固交界面上的節(jié)點,執(zhí)行FSI命令,標記耦合界面。
3)建立固體結(jié)構(gòu)實體模型。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)域的尺寸是遠大于固體結(jié)構(gòu)的尺寸,故在流場邊界處的單元節(jié)點上施加壓力(PRES)一0約束。又因為結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)模型,并認為流體區(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),流場底部定義Z方向約束。
5)選擇求解類型,進行求解。進入SOLUTION求解器,定義分析類型為模態(tài)分析,設(shè)定提取頻率階數(shù)及提取模態(tài)的方法。由于非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣不對稱等問題,故采用非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)進行模態(tài)的提取。
6)查看結(jié)果。進入后處理器,查看結(jié)構(gòu)模型頻率及振型圖

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