水下潜艇湿模态分析：命令流与ACT对比研究

1工程背景

潜艇在水下运行中除了受自身发动机的影响，外壳还会发生振动并激励外场海水介质形成辐射声场。因此，结构自身的振动特性分析是研究其辐射声场强度分布的基础。潜艇水下的振动模态，称为水下潜艇的湿模态。

建模过程中需要建立流固耦合模型，其中流体为理想流体，满足如下基本假设：

1）流体是无粘和可压缩的：

2）声波振幅相对较窄，这样流体密度变化较小；

3）波传播与热力学过程是绝热的。

注：例子来自《ANSYS Workbench设计、仿真与优化 第3版》p61，原书中采用插入命令流方式实现流固耦合，本文则使用ACT方式实现并与原文结果作对比。本文附录为原书中所需命令流，读者可按原书自行求解。

2网格划分

导入潜艇流固耦合模型在ANSYS Mechanical中如下图所示。对于潜艇实体，采用automatic method划分方法，网格尺寸为0.5m；对于流体域，则采用hex dominant method划分方法，网格尺寸为1m。

3约束加载

加载ACT_Acoustics声学模块，在ANSYS Mechanical里面，选择流体域为acoustic body，设置mass density为1000，sound speed为1500；在boundary conditions里面添加acoustic FSI interface，选择潜艇表面为流固耦合面；同样在boundary conditions里面添加acceleration，在y方向添加重力加速度。

4结果对比

使用ACT得到前十阶模态结果以及第七阶振型如下，第七阶以弯曲振动为主。

与原文中前十阶模态结果对比，结果一致。

5 ACT简介

ACT——应用自定义工具包（ Application Customization Toolkit ，ACT)的简称。总体上，它包含两种文件，一种是XML文件，主要用于定义界面，例如在Mechanical中添加一个工具栏，工具栏上添加一个按钮，或者添加一个菜单项，或者在模型树中添加一个对象，并设置好对象的细节视图等。另外一个文件是PY文件，该文件是用PYTHON语言编写的，它用于响应XML文件中那些界面元素。例如当用户按下一个按钮以后，它可以添加一些边界条件，这些边界条件可能是现在的Mechanical所不能提供的。在其中可以肆无忌惮的调用APDL的命令，从而可以完成异常复杂的功能。

如果用户能熟练使用ACT，那么我们可以推断，用户就可以定制自己的Mechanical，而由于在PYTHON中可以调用任意的APDL命令，而APDL命令是经典界面的心脏。从而我们可以推断，使用ACT的Mechanical，可以完成经典界面的绝大部分功能。实际上，我们看到，随着ANSYS版本的更新，在WB中已经把经典界面中的一些高级功能越来越多地向WB转移。显然，ANSYS自己清楚，工程师们都喜欢WB，而不喜欢经典界面，但是经典界面的分析功能又的确远超过WB，所以，ANSYS在不断的使用ACT进行编程，在新版的WB中提供越来越多的高级功能。

6附录(命令流)

finish

/prep7

allsel,all

et,10,fluid220 !定义序号为10的单元为220号单元，220单元为六面体流体单元

et,11,fluid221 !定义序号为11的单元为221号单元，221单元为四面体流体单元

et,20,fluid220 !定于序号为20的单元为220号单元

keyopt,20,2,1 !打开220单元的流固耦合功能

et,21,fluid221 !定义序号为21的单元为221号单元

keyopt,21,2,1 !打开221单元的流固耦合功能

mp,dens,10,1000 !定义流体的密度为1000kg/m3

mp,sonc,10,1500 !定义声音在流体中的速度为1500m/s

cmsel,s,fluid !选择建立的fluid**

emodif,all,mat,10 !修改材料属性

esel,r,ename,,solid186!复选fluid**中的186六面体单元

emodif,all,type,20 !将所有的186六面体单元改为220六面体单元

allsel,all

cmsel,s,fluid !选择建立的fluid**

esel,r,ename,,solid187!复选fluid**中的187六面体单元

emodif,all,type,21 !将所有的186六面体单元改为221四面体单元

allsel，all

cmsel,s,interface !选择建立的interface**

esln,r !选择与interface节点有关的单元

esel,r,ename,,fluid220!复选其中的220单元

emodif,all,type,10 !修改选中的单元为具有流固耦合功能的220六面体单元

allsel,all

cmsel,s,interface !选择建立的interface**

esln,r !选择与interface节点有关的单元

esel,r,ename,,fluid221!复选其中的221单元

emodif,all,type,11 !修改选中的单元为具有流固耦合功能的221四面体单元

allsel,all

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