[案例]ABAQUS流固耦合案例-滾筒洗衣機

2017-04-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

前言

隨著有限元技術的發展和用戶要求的提高,各大有限元軟件都含有流固耦合模塊,其主要用于液體、理想氣體和JWL的模擬,本文以ABAQUS軟件為例,介紹了滾筒洗衣機在運轉時帶動滾筒內的水一起轉動的流固耦合案例。CEL(Coupled Euler-Lagrange,耦合的歐拉-拉格朗日)方法是ABAQUS中計算流固耦合的關鍵技術。CEL技術吸取歐拉網格和拉格朗日網格的優點,采用網格固定而材料可在網格中自由流動的方式,解決大位移問題中單元變形。在本案例的最后附有整個模型的INP文件。

一.創建模型所需Part部件

1.建立滾筒有限元模型即本例中屬于Lagrangian domain的部件,設置其類型為Discrete rigid,并設置部件的中心為參考點(Reference Point)。

2.建立水體的有限元模型即為本例中屬于Eulerian domain的部件,設置其類型為Eulerian,需要注意的時因為在有限元模擬的過程中數據在兩個區域間來回傳遞,所以網格需要有部分重疊區域即Eulerian domain和Lagrangian domain要保證有重疊的部分,這是一種弱耦合。但是這樣設置之后就會導致在Eulerian domain里出現一部分沒有材料屬性。這就需要把水體的有限元部件通過partition功能劃分為幾個輔助部分便于后續方便設置材料屬性。下圖中的黃色虛線是在通過partition功能劃分部件時,為了指明Extrude/Sweep方向用到的輔助坐標軸。

二.定義材料屬性

選擇狀態方程模型EOS中類型Us-Up,聲速c0=1483m/s;密度為1000kg/m3;粘度為0.001kg/ms。并把截面屬性賦給水體部分Eulerian domain。

三.定義裝配件

將滾筒洗衣機的部件Lagrangian domain和水體部件Eulerian domain裝配在一起

四.設置分析步

新建一個分析步Step-1

五.劃分網格

分別為水體部件Eulerian domain和滾筒部件Lagrangian domain劃分網格。

六、設置接觸

新建接觸特性Contact Property,本例中水的任何的一個部分都可能在流動區域里的任何一個地方和滾筒部分Lagrangian domain接觸,設置Tangential Behavior類型為Rough,賦給水和洗衣機之間的關系。新建Interaction,把剛才的Contact Property賦給它。

設置接觸的兩個面Surface。其中一個接觸面Surface是滾筒部件Lagrangian domain部分的內側面,類型為 Geometry,另一個接觸面Surface是水體部分Eulerian domain的整個區域。

七.定義邊界條件和載荷

1.為全模型加載重力場。

2.為水體部分Eulerian domain施加邊界條件Boundary Conidition。

3. 分別在Initial和Step-1為滾筒部分Lagrangian domain施加邊界條件Boundary Condition如下。

4.定義amplitude

七.設置預定義場 Predefined Field

為水體部件Eulerian domain的Part中沒有水的部分設置Predefined Field材料。

2.為Eulerian domain的Part中初始存在水的部分設置Predefined Field材料。

八. 設置Field Output Request

為了觀察水的流動要選中Volume/Thickness/Coordinates中的EVF,element volume fraction。

九. 提交Job計算

十.計算結果如下

十一.后處理

1.在Result-Field Output設置顯示EVF_VOID查看水的流動情況。設置不顯示沒有水的區域。

2.將閾值改為100%,Spectrums設置為Blue to red。

3.設置ODB Display Options和Options-Common,讓結果顯示為理想狀態。最后輸出動畫。

本例中的INP文件如下(限于篇幅原因部分節點及單元定義已省略):

*Heading

water

** Job name: Job-1 Model name: Model-1

** Generated by: Abaqus/CAE 6.13-1

*Preprint, echo=NO, model=NO, history=NO, contact=NO

** PARTS

*Part, name=Part-1

*Node

1, 30., 0., 20.

2, 30., 0., 0.

3, -5., -19.3649158, 20.

4, 0., -10., 20.

······

*Element, type=EC3D8R

1, 363, 365, 19, 18, 2812, 2814, 1367, 1366

2, 9, 1, 65, 379, 1357, 74, 988, 2828

3, 352, 388, 473, 418, 2801, 2837, 2922, 2867

······

*Elset, elset=_Surf-2_S6, internal, instance=Part-2-1, generate

4231, 6175, 216

*Surface, type=ELEMENT, name=Surf-2

_Surf-2_S1, S1

_Surf-2_S2, S2

_Surf-2_S6, S6

_Surf-2_S3, S3

_Surf-2_S5, S5

*Rigid Body, ref node=Part-1-1.Part-1-RefPt_, elset=Part-1-1.Part-1

*End Assembly

*Amplitude, name=Amp-1, definition=EQUALLY SPACED, fixed interval=1.

0., 1.

** MATERIALS

*Material, name=Water

*Density

1000.,

*Eos, type=USUP

1483.,0.,0.

*Viscosity

0.001,

** INTERACTION PROPERTIES

*Surface Interaction, name=IntProp-1

*Friction, rough

** BOUNDARY CONDITIONS

** Name: BC-3 Type: Displacement/Rotation

*Boundary

_PickedSet12, 1, 1

_PickedSet12, 2, 2

_PickedSet12, 3, 3

_PickedSet12, 4, 4

_PickedSet12, 5, 5

_PickedSet12, 6, 6

** PREDEFINED FIELDS

** Name: Predefined Field-1 Type: Material assignment

*Initial Conditions, type=VOLUME FRACTION

_PickedSet13, Part-2-1.material-1-1, 1.

** INTERACTIONS

** Interaction: Int-1

*Contact, op=NEW

*Contact Inclusions, ALL EXTERIOR

*Contact Property Assignment

, , IntProp-1

Surf-1 , Surf-2 , IntProp-1

** ----------------------------------------------------------------

** STEP: Step-1

*Step, name=Step-1, nlgeom=YES

water

*Dynamic, Explicit

, 1.

*Bulk Viscosity

0.06, 1.2

** BOUNDARY CONDITIONS

** Name: BC-1 Type: Velocity/Angular velocity

*Boundary, type=VELOCITY

_PickedSet10, 3, 3

** Name: BC-2 Type: Velocity/Angular velocity

*Boundary, type=VELOCITY

_PickedSet11, 3, 3

** Name: BC-3 Type: Displacement/Rotation

*Boundary, amplitude=Amp-1

_PickedSet12, 1, 1

_PickedSet12, 2, 2

_PickedSet12, 3, 3

_PickedSet12, 4, 4

_PickedSet12, 5, 5

_PickedSet12, 6, 6, 3.

** LOADS

** Name: Load-1 Type: Gravity

*Dload

, GRAV, 9.81, 0., -1., 0.

** OUTPUT REQUESTS

*Restart, write, number interval=1, time marks=NO

** FIELD OUTPUT: F-Output-1

*Output, field

*Node Output

A, U, V

*Element Output, directions=YES

EVF, LE, PE, PEEQ, PEEQVAVG, PEVAVG, S, SVAVG

** HISTORY OUTPUT: H-Output-1

*Output, history, variable=PRESELECT

*End Step

作者:山行,百納知識微信公眾號平臺特約編輯,從事斷裂力學研究。

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