液体静压导轨耦合分析：时间步长的优化探索

我最近在做液体静压导轨的双向流固耦合分析，主要分析油膜压力导致的止推板变形。

双向迭代时发现，时间步长设置为0.05s时可以顺利完成迭代，而时间步长设置为0.01s、0.001s、0.0001s等迭代均报错。

一般选择较小的时间步长有利于双向耦合的收敛。但是这里较小的时间步长反而出错!？实在令人费解~

所建立的模型如下图所示，模型中的流体域为油膜，固体域为工作台止推板。在工作状态下，油膜的压力作用于工作台止推板上，将导致止推板的变形。

工作台下浮板简化为126mmx340mmx44mm的平板。

油膜流场主要由三部分组成：油膜、油腔、节流孔；油膜大小为126mmx340mm，厚度为0.025mm；H形油腔高度为2mm；中心节流孔高度1mm，直径0.5mm。油膜的具体尺寸如下图所示。

为了研究工作台止推板在油膜力的作用下产生的变形，本人基于ansys workbench进行了单向流固耦合分析。采用gambit对油膜进行网格划分，fluent对油膜流场进行求解，具体设置如下：

Viscous——Laminar

流体材料：Density:822(Kg/m3)；Viscosity: 0.00575(Kg/m-s)。

边界条件：如下图所示，pressure inlet：0.5MPa，pressure outlet：0MPa。

Solution methods：SIMPLE 默认设置

仿真得到的压力分布如下图所示

将流场压力导入到结构上如下图所示

结构件约束为固定约束，约束如下图中所示的侧面

得到的结构件变形如下图所示

可以看到结构件最大变形达0.008mm，而油膜厚度为0.025mm，结构件的变形将显著影响油膜的压力分布，因此需进一步进行双向流固耦合分析。

然而，在双向流固耦合时，却出现了问题。双向耦合时采用的时间步为0.0001s。刚开始运行计算时，fluent求解正常，进行数据交换后，流场网格进行了更新，fluent求解就开始出现异常，监测的耦合面压力积分呈负值，然后就报错了。仅进行一次迭代得到的流场压力云图和结构件变形如图所示。从图中可以看出流场呈负压，结构件向上凸起

我尝试了改变时间步长，发现步0.05s时没有出现上述状况，可以完成迭代。而时间步长设置为0.01、0.001、0.0001、0.00001等均会出现上述问题。

我的疑问：
1.一般双向耦合，不是时间步越小越好么，为什么这里采用0.0001s步长会出现上述问题，而0.05s却能正确计算？

2. 我想模拟液压油逐渐上升，止推板在油膜力的作用下逐渐弯曲的过程，是否应该考虑液压油的可压缩性？
因为在模拟中我发现，若将液压油密度设置为定值，则无论时间步长多小（e-5s或e-6s），耦合面的面压力积分总是在两三个迭代步内就达到最大值。而若将液压油密度设置为compressible liquid，则耦合面的面压力积分会随着时间逐步增大，大概在0.005s内达到最大值。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删