ANSYS流固耦合分析实例：锚固式储液罐模态分析

关于ANSYS流固耦合分析过程中可能遇到的各种问题，多年以前曾参考振动论坛上众多网友在零散回帖中给出意见和命令流，结合当时自己的课题写了《ANSYS流固耦合模态分析计算方法》作为课程报告，后来报告内容部分被上传到百度文库中，慢慢在互联网中广泛传播，由于文中留有个人邮箱，至今依然还能收到广大网友的交流邮件。非常感谢广大网友对我的信任，当时对于流固耦合模态的理解其实很片面，甚至用ANSYS求解的算例其实没有得到正确的结果。

后来在一顿晚饭的诱惑下，又把这个算例放在了朋友编写的书中《ANSYS有限元分析与工程应用》

书中的例子给出了具体的操作过程，附赠的光盘还有视频。

现在把书稿中的内容摘录出来，希望对大家有帮助。


  1.问题描述：

某锚固式正方形截面储液罐模型，容器壁厚0.01m，其尺寸见下图1，其中流体密度=1000kg/m²，重力加速度g=9.8m/s²，声速C₀=400m/s，容器弹性模量E=2el1N/m²，密度ρs=7 800kg/m³，泊松比v=0.3。求解当储液罐内液体高度为2.8m时的模态参数。

                                                               图1    几何尺寸

2.具体仿真分析步骤如下：

（1）建立工作文件名和工作标题

1）定义工作文件名：/FILNAME, EX0001

2）定义工作标题：/TITLE, Modal Analysis of Large Storage Tanks

3）定义单位制：/UNITS, SI        

（2）定义单元类型及实常数

1）定义单元类型：

ET,1,SHELL181

ET,2,FLUID30

ET,3,FLUID30,,1

2）定义实常数：

R, 1, 0.01

R,2,0

（3）定义材料性能参数

MP,EX,1,2E11                      

MP,NUXY,1,0.3                    

MP,DENS,1,7800                  

MP,DENS,2,1000                    

MP,SONC,2,400                    

（4）生成几何模型

                                                       图2 储液罐几何模型

（5）划分网格并生成单元

                                                           图3 储液罐单元模型

（6）加载求解

1）

ANTYPE,MODAL  

MODOPT,UNSYM,30

MXPAND,30, , ,0    

2）标记流固耦合交界面并耦合：

                                                   图4 耦合后单元模型图

ASLV,S                          

ASEL,U,LOC,Z,2.8                

NSLA,S,1                        

ESLN,S                          

ESEL,R,MAT,,2                    

SF,ALL,FSI，1                      

3）施加位移全约束：

ASEL,S,LOC,Z,0      

DA,ALL,ALL,0      

4）施加分布载荷：

ASEL,S,LOC,Z,2.8      

DA,ALL,PRES,0    

5）求解：

SOLVE                              

FINISH

（7）进入一般后处理，查看结果

1）查看固有频率：

                                                       图5 固有频率列表

2）查看第一阶振型：

                                           图6 储液容器第一阶振型图

流固耦合力学的重要特征是两相介质间的交互作用，即固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动反过来又影响流场的流动，从而改变流体载荷的分布和大小。一般情况下，流固耦合方程的特点是方程的定义域同时有流体域和固体域，未知变量既有流体变量又有固体变量，而且流体域和固体域通常无法单独求解。

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