传统有限元的拉格朗日分析(Lagrangian analysis),材料属性与网格节点相关联,材料伴随着网格 变形而发生形变,当解决极端变形的情况时,会由于单元的变形扭曲而失去原有的精度。
欧拉分析(Eulerian analysis)方法,其网格节点空间固定,材料不随单元变形而是在单元间流动,可有效地解决极端变形以及包含流体流动的问题,所以诸如液体晃动、气体流动、穿透问题等均可通过欧拉分析有效处理。
欧拉分析虽然可有效处 理流体流动分析,但在捕捉结构流固交界面上存在一定困难。 此时,可应用耦合欧拉-拉格朗日分析(CEL)功能进行求解。
本案例模拟水箱中水轮叶片转动带动水运动的过程,采用显示动力学CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)方法进行流—固耦合分析。
有限元建模主要过程:
1. Part和Assembly模块
建立以下三个Part,并对三个Part实例进行装配。
reference:3D- Deformable-Solid类型
shuilun:3D- Deformable-Shell类型
water:3D-Eulerian类型
2. Property模块
创建两种材料steel和water,分别赋予shuilun(截面类型为Shell,Homogeneous)和water(截面类型为Eulerian)部件。其中,水介质流动视为近似不可压缩的、粘性层流流动。采用线性Us -Up Hugoniot形式的Mie-Grüneisen状态方程描述水介质的体积响应。
3. Mesh模块
分别对三个Part进行网格划分,网格尺寸均设为1.5mm,单元类型如下:
reference:Explicit,C3D8R类型
shuilun:Explicit,S4R类型
water:Explicit,EC3D8R类型
4. Step模块
1)建立Dynamic, Explicit分析步,时间为0.1;
2)确认场输出变量中,选择了EVF。
5. Interaction模块
1)在水轮中心建立参考点RP-1,并将参考点与水轮所有单元建刚体耦合约束;
2)建立General contact,选择All* with self,建立并分配接触属性。
6. Load模块
1)从initial分析步开始,对water部件实例建立如下约束:
与Z轴垂直的前、后表面限制V3=0,与Y轴垂直的上、下表面限制V2=0,与X轴垂直的左、右表面限制V1=0;
2)在Step-1分析步设置水轮中心参考点的VR3=-100,其余均设置为0;
3)选择ToolsàDiscrete FieldàVolume Fraction Tool:
选择Eulerian part instance为water部件à选择reference part instance为reference部件,在弹出的Volume Fraction Tool对话框中接受默认设置,建立离散场DiscField-1;
4)选择Create Predefined Fieldàinitial, other, Material assignment:
选择Eulerian part instance为water部件,在弹出的Edit Predefined Field对话框中选择Definition:Discrete fields,并将第(3)步建立离散场DiscField-1作为材料域。
7. 建立Job,并提交计算。
以下为案例的模型文件(inp文件),因格式限制,将后缀inp改为了txt。
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