基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析应用

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。

result.gif

基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析的图2

基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析的图3

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

part1.png

基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析的图5

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。

properity1.png

properity2.png

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;

interaction.png

基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析的图9

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;

load1.png

基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析的图11


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;

load2.png

基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析的图13


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。

load3.png



7. 建立Job,并提交计算。

cover.png

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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