流固耦合模態(tài)分析實例1

1、圓環(huán)在水中（模態(tài)分析）【ANSYS】默認分類 2009-11-18 16:48:28 閱讀31 評論0 字號：大中小 finish /clear /PREP7 !定義單元類型 ET,1,PLANE42 ! structural element ET,2,FLUID29 ! acoustic fluid element with ux & uy ET,3,129 ! acoustic infinite line element r,3,0.31242,0,0 ET,4,FLUID29,1,0 ! acoustic fluid element without ux & uy !材料

2、屬性 MP,EX,1,2.068e11 MP,DENS,1,7929 MP,NUXY,1,0 MP,DENS,2,1030 MP,SONC,2,1460 ! 創(chuàng)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 ! 選擇屬性,網(wǎng)格劃分 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 ! mapped quad mesh AMESH,1 ASEL,S,AREA,2

3、 AATT,2,1,2,0 LESIZE,5,16,1 LESIZE,7,16,1 LESIZE,6,5 LESIZE,8,5 MSHKEY,0 MSHAPE,0,2D ! mapped quad mesh AMESH,2 ! 關(guān)于Y軸鏡像 nsym,x,1000,all ! offset node number by 1000 esym,1000,all ! 關(guān)于y軸鏡像 nsym,y,2000,all ! offset node number by 2000 esym,2000,all NUMMRG,ALL ! merge all quantities esel,s,type,1 nsle

4、,s esln,s,0 選擇附在節(jié)點上的單元（0表示單元有一個節(jié)點被選中即選中單元）nsle,s esel,inve 反選單元nsle,s emodif,all,type,4 esel,all nsel,all ! 指定無限吸收邊界 csys,1 nsel,s,loc,x,0.31242 type,3 real,3 mat,2 esurf esel,all nsel,all ! 標識流固交接面 nsel,s,loc,x,0.26035 esel,s,type,2 sf,all,fsi,1 nsel,all esel,all FINISH /solu antype,modal modopt,da

5、mp,10 mxpand,10,yes solve finish 水箱盛水【ANSYS】默認分類 2009-11-18 16:48:38 閱讀61 評論0 字號：大中小 length=2 width=3height=2/prep7 et,1,63 et,2,30 !選用FLUID30單元，用于流固耦合問題 r,1,0.01 mp,ex,1,2e11 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 mp,dens,2,1000 !定義Acoustics材料來描述流體材料-水 mp,sonc,2,1400 mp,mu,0, ! block,length,width,height esiz

6、e,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 !非對稱模態(tài)提取方法處理流固耦合問題 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,

7、all,fsi !定義流固耦合界面 alls solv fini /post1 set,first plnsol,u,sum,2,1 finiANSYS 聲學計算算例 水下圓柱殼體的建模與聲學分析 使用有限元軟件ANSYS進行計算和分析時水下環(huán)肋圓柱殼體有限元模型的建立及結(jié)構(gòu)聲學分析主要分為以下一些步驟：1.建立殼體的實體模型（包括有圓柱殼體的建立，給圓柱殼體加環(huán)肋）； 2.圓柱殼體外部流體介質(zhì)的生成； 3.對圓柱殼體和流體介質(zhì)進行有限元4.設(shè)置流固耦合單元，并設(shè)置外部聲場邊界條件；5.在求解器中進行振動模態(tài)求解和受激勵的諧響應求6.求解結(jié)果進行后處理分析。，1.建立殼體的實體模型這個步驟主要

8、是在預處理模塊（PREP7）中完成首先是根據(jù)要建立的實體模型，進行單元的選取和定義這些單元的物理屬 性，水下圓柱殼體半徑與殼體壁厚的比超過了20，根據(jù)ANSYS中單元的使用原則可以選用Shell63號薄殼單元，這種單元的有限元計算原理在前面已經(jīng)介紹；環(huán)肋選用梁單元，ANSYS提供了多種梁單元的結(jié)構(gòu)形式，其中Beam188號梁單元符合作為殼體加強筋及肋骨的使用，所以在水下圓柱殼體環(huán)肋選用T的Beam188號梁單元進行建模；而流體介質(zhì)根據(jù)分析中用途的不同要定義兩種，一種是流體介質(zhì)中的單元Fluid30號流體介質(zhì)單元，一種是流體與結(jié)構(gòu)接觸的流固耦合面的單元選用Fluid30號流固耦合單元，在實際建模

9、操作中還需要定義一種用于平面聲場的29號單元（在計算中未用到，但在建模中需使用）；共需要定義五種單元。Shell63殼體單元與Beam188梁單元為同一種材料，所以物理屬性相同。而Fluid30流體介質(zhì)單元與Fluid30流固耦合單元物理屬性也相同，及在分析中只需要定義兩個物理屬性即可。具體的使用APDL命令定義為：  /prep7 ！進行預處理模塊et，1，30， ！定義1號單元為Fluid30 流固耦合單元 et，2，29 ！定義2號單元為Fluid29平面流體單元et，3，30 ， ，1 ！定義3號單元為Fluid30流體介質(zhì)單元et，4，63 ！定義4號單元為Shell63殼

10、體單元et，5，188 ！定義5號單元為Beam188梁單元r，4，0.002 ！定義4號單元的厚度為2 mp，dens，4，7800 ！定義4號物理屬性包括有密度mp，ex，4，2.1e11  !楊氏模量、 mp，nuxy，4，0.3 ！泊松比mp，sonc，1，1460 ！設(shè)置水中聲速 mp，dens，1，1000 ！設(shè)置流體密度sectype， 1， beam， T， ! 選取T型梁secoffset,，orig ！設(shè)置梁的方向secdata，0.04，0.05，0.002，0.02，0，0，0，0，0，0 、  所建立的圓柱殼體的參數(shù)：圓柱長為 50 ，半

11、徑為 25 ，殼體的壁厚為 2 ，   cyl4，0，0，0.25，5 ！形成圓面 k，9，0，0，0 ! 定義原點 k，10，0，0，0.5 lstr，9，10  ！通過原點作直線 adrag，5，6，7，8，9 ！通過放樣形成圓柱wpoff，0，0，0.1 asel，s，2，5 asbw，all， ！移動工作平面與選取的側(cè)面相切 ！重復上面操作，形成四個環(huán)肋面 wpoff，0，0，-0.4 ！工作平面回到原點位置上 k，31，0.2，0，0.1 ！定義環(huán)肋的方向點 lsel，s，20 ！選擇要劃分為環(huán)肋的線段latt，4，5，5，31，40，1 ！定義線段物理

12、屬性 lesize，20，6 ！劃分數(shù)目 secnum，1 lmesh，20  ！劃分線段 將上述的操作完成以后，殼體的模型基本完成,具體結(jié)構(gòu)如圖示 圖 2-6 環(huán)肋圓柱殼體模型圖 2.圓柱殼體外部流體圓柱殼體外部的流體介質(zhì)主要通過設(shè)置好的平面流體單元沿指定的線段進行放樣，形成立體的流體介質(zhì)單元。這里取水體為直徑5m的球體，在球體的外邊界處聲壓設(shè)置為0（全吸收情況），有實例表明12 這樣的近似處理對結(jié)構(gòu)耦合振動的計算影響不大。主要的操作及命令為：  type，2 ! 選取第二種單元lsel，s，1，4 ！選取線段 lesize，all，10 ！線段劃分數(shù)目lesize，al

13、l，6 amesh，1 ！將通過工作平面的面 1 進行劃分esize，0.1，0 ！選取沿面放樣的網(wǎng)格大小 mat，1 ！定義放樣的形成單元的物理屬性vdrag，1，9 ！進行放樣形成流體介質(zhì)   3.對實體進行有限元網(wǎng)格劃分殼體環(huán)肋的有限元劃分在殼體建模后就完成，因為在后面劃分十分困難；流體介質(zhì)的劃分在建模時同步就完成了；這部分工作現(xiàn)在主要是對殼體進行網(wǎng)格的劃分，選取所有的殼體的面，定義好物質(zhì)屬性和物理常數(shù)，選取網(wǎng)格劃分的方法和精度，完成對殼體的劃分。 元模型如圖2-7 示：  流固耦合單元和外部聲場邊界的設(shè)置 網(wǎng)格劃分好以后，根據(jù)分析的要求

14、要在結(jié)構(gòu)與流體之間設(shè)置流固耦合單元， 它是將結(jié)構(gòu)與流體聯(lián)系在一起的單元，是結(jié)構(gòu)到流體的過渡。它的設(shè)置主要有以下要求：必須是設(shè)置在所有結(jié)構(gòu)與流體接觸的單元上；只能設(shè)置一層這樣的單元。流固耦合單元是將Fluid30單元的Keyopt（2）設(shè)置為0即可，為上面定義的第一種單元。 外部聲場的邊界條件的設(shè)置主要是選取流體介質(zhì)球體的外部所有的面，在這些面上加載并設(shè)定聲壓為0即可 模擬遠場條件asel，s，6，9 !選擇殼體面asel，a，2，5 asel，a，14，17nsla，s，1  ！選取面上所有節(jié)點esln，s，0， ！選取與這些節(jié)點相鄰 的所有元素esel，r，type，3

15、！在所選的元素中選取所有3號單元emodif，all，type，1 ！強制轉(zhuǎn)換為1號流固耦合單元sf，all，fsi asel，a，51，52   ！選取最外層流體介質(zhì)面nsla，s，1 ！選取面上所有節(jié)點 d，all，pres，0.0 ！將聲壓值設(shè)為0 5.在求解器中進行求解計算依據(jù)上面的參數(shù)建立號分析的有限元模型，進入 ANSYS 求解運算對模型進行振動模態(tài)分析有限元模型共有元素為20284個FLUID30的流體介質(zhì)單元；320個FLUID30流固耦合單元；272個SHELL63殼體單元；96個BEAM188梁單元。利用/solu ！進入求解運算器 antype,modal ！進入模態(tài)分析 modopt,unsym,10,-100, ！分析方法為不對稱法和頻率范圍 mxpand,10,1,1000 ！模態(tài)擴展solve ！求解 為了便于分析及進行比較，求解出（1）同樣尺寸的加肋圓柱殼體在真空中 的振 動特性（2）同樣尺寸的不加肋圓柱殼體在水中的振動特性，通過數(shù)據(jù)的比較可以分析圓柱殼體在水中振動的一些特性。通過建立相應的有限元模型，再利用ANSYS計算求解，求解環(huán)肋圓柱殼體 有限元模型的前十階模態(tài)頻率結(jié)果為表1： 在有限元殼體模型上加激勵對圓柱殼體在受激勵作用下的振動特性進行分 析。 其APDL命令流程序為