Abaqus流体腔（fluid cavity）应用实例

在进行常规介绍前，应定义下图中的两个参数。

Part模块：

   FRAME网球拍外框
 

   PART1-1
 

Property模块：

网球材料为橡胶，超弹性材料，本构方程我也不太懂，就按照帮助文档的来。橡胶的密度为1E-4t/mm3。

   超弹性设置
 

球拍线的材料密度为1.07E-4t/mm3，弹性模量为1MPa，泊松比为0.3。

Assembly模块：

   有限元模型图
 

Step模块：

Explicit显示动力学分析步，分析时间为0.015s，无质量缩放。场输出变量输出S应力，U位移。历史变量输出默认。

   显示动力学分析步
 

Interaction模块：

建立面对面接触，主面只能选择表面(Surface)为网球表面，从面可以选择节点(node region)为球拍线，杆单元的网格节点，接触类型为Kinematic contact method。接触属性为法向硬接触(Hard contact)，切向摩擦接触，摩擦类型为罚摩擦(Penalty)，摩擦系数为0.1。

   网球与网球拍的接触
 

红色为起始点，紫色为流体腔的表面，注意应选择内表面。大气压力为100KPa(14.7psi)，psi是美国常用的压强单位。

   流体腔的设置
 

体腔中是充满气体的，所以要定义气体GAS的属性，需定义分子量与摩尔热熔容。气体的分子量和摩尔热容为0.062 kg (0.1367 lb)和28.110 J/kg℃K (112.847 lb in/lbm℃K)。

   流体腔的属性
 

将网球拍的框架定义为刚体，下图中的Body(elements)为网球框的面网格（红色的网格），而Pin(nodes)为杆单元的节点（紫色的点），为了将网球拍的外框与网球线的节点耦合起来。因为在建模时，两个Part就是分开的，而且没有耦合节点，所以只能人工固定到一起。

   网球拍的节点耦合
 

Load模块：

   定义网球线的初始应力
 

为了平衡球内气体的压力，需要对球表面添加初始应力pr/2t=155kPa(22.5 psi)。(这里p是内部气体压力，r是球体半径，t是网球的厚度)。球的初始应力状态是用初始应力条件定义的。

   网球表面初始应力
 

约束网球拍的6个自由度，保证球拍不动。

   网球拍的约束
 

网球的初始内部压力为41kpa(6 psi)。

   网球初始内部压力
 

网球以6.706米/秒的速度以15度撞击球线。为了模拟这个角度，将速度方向分解为X与Z两个方向。网球定义Z轴负方向255m/s的速度。

   网球定义Z方向的速度
 

网球定义X轴正方向68.3m/s的速度。

   网球定义Z方向的速度
 

Visualization后处理模块：

从后处理中可以看出，网球发生了明显的压缩现象，网球线也在网球冲击下发生了变形。

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