基于LS-DYNA的刚体圆盘入水SPH仿真研究

1，项目描述

为观察原盘入水气泡形成情况，需要通过仿真进行模拟。本文采用sph-lagrange耦合的方法进行。模型如下图所示，水体为sph，原盘为lagrange，不考虑空气影响。

2，几何模型

首先利用workbench的dm模块建立原盘及水的几何模型，对原盘进行模型切分，已划分精确六面体网。模型如下图所示，采用1/4模型。

3，材料

原盘为刚体，水采用null本构及GRUNEISEN状态方程。

*MAT_NULL

$#     mid        ro        pc        mu     terod     cerod        ym        pr

        4    1000.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0

*EOS_GRUNEISEN

$水的状态方程的0.15在cmgus单位制下为1500m/s，所以，如果用标准单位制的话，0.15改为1500.。

$#   eosid         c        s1        s2        s3     gamao         a        e0

        4    1650.0      1.75       0.0       0.0      0.28       0.0       0.0

$#      v0  

      1.0

*RIGIDWALL_PLANAR_ID

$#      id                                                                 title

        1                                                                      

$#    nsid    nsidex     boxid    offset     birth     death     rwksf    

        0         0         0       0.0       0.01.00000E20       1.0

$#      xt        yt        zt        xh        yh        zh      fric      wvel

      0.0       0.0       0.0       0.0       1.0       0.0       0.0       0.0

4，有限元网格

先workbench下划分lagrange网格，然后通过lspp将水体转换为ph粒子。网格数225万以上。

5，lspp进行sph粒子创建，并重新输出k文件

6，lspp建立ph单元及控制，定义part，并定义接触

（1)sph单元及控制

*SECTION_SPH

$#   secid      cslh      hmin      hmax    sphini     death     start    

        5       1.2       0.2       2.0       0.01.00000E20       0.0

*CON*T*ROL_SPH

$#    ncbs     boxid        dt      idim    memory      form     start      maxv

        1         01.00000E20         3       150         0       0.01.00000E15

$#    cont     deriv       ini     ishow     ierod     icont     iavis     isymp

        0         0         0         0         0         0         0       100

$#    ithk    

        0

（2）sph-lagrange接触建立

sph与lagrange原盘之间采用自动点面接触，关键字如下：

*CONTACT_AUTOMATIC_nodes_TO_SURFACE

$#     cid                                                                 title

$

$#    ssid      msid     sstyp     mstyp    sboxid    mboxid       spr       mpr

        5         8         3         2         0         0         0         0

$#      fs        fd        dc        vc       vdc    penchk        bt        dt

      0.0       0.0       0.0       0.0       0.0         1       0.01.000000E7

$#     sfs       sfm       sst       mst      sfst      sfmt       fsf       vsf

      1.0       1.0       0.0       0.0       1.0       1.0       1.0       1.0

$#    soft    sofscl    lcidab    maxpar     sbopt     depth     bsort    frcfrq

        2       0.0         0     1.025       2.0         2         0         1

*SET_PART_LIST

$#     sid       da1       da2       da3       da4    solver      

        8       0.0       0.0       0.0       0.0MECH/CESE/

$#    pid1      pid2      pid3      pid4      pid5      pid6      pid7      pid8

        1         2         3         0         0         0         0         0

*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE_ID

$       ID                                                               heading

$#     cid                                                                 title

       40                                                                      

$     ssid      msid     sstyp     mstyp    sboxid    mboxid       spr       mpr

$#    ssid      msid     sstyp     mstyp    sboxid    mboxid       spr       mpr

        0         0         5         0         0         0         0         0

$       fs        fd        dc        vc       vdc    penchk        bt        dt

$#      fs        fd        dc        vc       vdc    penchk        bt        dt

      0.0       0.0       0.0       0.0      10.0         0       0.0       0.0

$      sfs       sfm       sst       mst      sfst      sfmt       fsf       vsf

$#     sfs       sfm       sst       mst      sfst      sfmt       fsf       vsf

      0.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0

$     soft   softscl    lcidab    maxpar     sbopt     depth     bsort    frcfrq

$#    soft    sofscl    lcidab    maxpar     sbopt     depth     bsort    frcfrq

        2       0.0         0       0.0       3.0         5         0         0

$   penmax    tkhopt    shlthk     snlog      isym     i2d3d    sldthk    sldstf

$#  penmax    thkopt    shlthk     snlog      isym     i2d3d    sldthk    sldstf

      0.0         0         0         0         0         0       0.0       0.0

7，边界及载荷

对原盘定义为恒定速度2m/s的速度。

通过*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID方式施加刚体速度。

*DEFINE_CURVE

$#    lcid      sidr       sfa       sfo      offa      offo    dattyp     lcint

        8         0       1.0       1.0       0.0       0.0         0         0

$#                a1                  o1  

                0.0                -2.0

               0.02                -2.0

                0.2                -2.0

*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID

$#     pid       dof       vad      lcid        sf       vid     death     birth

        1         3         0         8       1.0         01.00000E28       0.0

8，求解设置

计算时间0.02s。

*CON*TROL_TERMINATION

$   endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas                        unused

$#  endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas     nosol    

     0.02  10000000     0.001       0.0  100000.0         0

9，求解

10，结果分析

通过计算，入水排水效果较好，也能看到气泡的变动。

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