ansys流固耦合模態(tài)分析

1、ansys流固耦合模態(tài)分析 ansys流固耦合模態(tài)分析 有問題可以發(fā)郵件給我一起爭論xw4996 fsi流固耦合命令求解流固耦合問題 使用ansys計(jì)算結(jié)構(gòu)在水中的模態(tài)時, fluid29,fluid30單元分別用來模擬二維和三維流體部分,相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型則利用plane42單元和sol id45等單元來構(gòu)造，其中，plane42和sol id45分別是用來構(gòu)造二維和三維結(jié)構(gòu)模型的單元。fluid30是流體聲單元,主要用于模擬流體介質(zhì)及流固耦合問題。該單元有8 個節(jié)點(diǎn),每個節(jié)點(diǎn)上有4 個自由度,分別是xyz上3個方向位移自由度和1個壓力自由度,為各向同性材料。輸入材料屬性時,需要輸入流體的材料密

2、度(作為dens 輸入)及流體聲速(作為sonc輸入),流體粘性產(chǎn)生的損耗效應(yīng)忽視不計(jì)。fluid29是fluid30單元在二維上的簡化，少了一個z向的位移。solid45單元用于構(gòu)造三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。單元通過8 個節(jié)點(diǎn)來定義,每個節(jié)點(diǎn)有3 個沿著xyz方向平移的自由度。plane42是solid45單元在二維上的簡化。 在利用ansys建模分析時,流場域單元屬性分為2種,由keyopt(2)(指定流體和結(jié)構(gòu)分界面處結(jié)構(gòu)是否存在) 掌握,在流固耦合交界面上的單元keyopt(2) = 0 ,表示分界面處有結(jié)構(gòu),其他流體單元keyopt(2)=1,表示分界面處無結(jié)構(gòu)。流體-結(jié)構(gòu)分界面通過面載荷標(biāo)志出

3、來,指定fsi label可以把分界面處的結(jié)構(gòu)運(yùn)動和流體壓力耦合起來,分界面標(biāo)志在分界面處的流體單元標(biāo)出。 數(shù)值分析的步驟 1) 建立流體單元的實(shí)體模型。建立流體模型,需要確定流體域的范圍,可以把無限邊界流體簡化成流體區(qū)域的半徑為固體結(jié)構(gòu)半徑的10倍。 2) 標(biāo)記流固耦合界面。選取流體單元中流固交界面上的節(jié)點(diǎn),執(zhí)行fsi 命令,流固耦合交界面的處理:流體與固體是兩個獨(dú)立的實(shí)體,在劃分單元時在兩者交界面上的單元網(wǎng)格要劃分全都,這樣在交界面上的同一位置一般就有兩個重合的節(jié)點(diǎn),一個節(jié)點(diǎn)屬于流體單元,一個節(jié)點(diǎn)屬于固體單元,這兩個重合節(jié)點(diǎn)在交界面的位移強(qiáng)制保持全都。 3) 建立固體結(jié)構(gòu)實(shí)體模型。建立固體

4、結(jié)構(gòu)模型，定義單元屬性，采納映射方式進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。 4) 施加約束條件。由于流體區(qū)域的尺寸遠(yuǎn)大于固體結(jié)構(gòu)尺寸，故可以不考慮流體液面的重力的影響，將流體邊界處的單元節(jié)點(diǎn)上施加壓力(pres) 為零的約束。由于選擇的算例為懸臂結(jié)構(gòu)，在固體結(jié)構(gòu)底部加全約束。 5) 選擇求解算法，進(jìn)行求解。定義分析類型為模態(tài)分析，設(shè)定提取頻率階數(shù)和提取模態(tài)的方法。由于耦合問題的剛度矩陣，質(zhì)量矩陣都不對稱，需要采納非對稱矩陣法(unsymmetric)求解。 6) 查看結(jié)果。進(jìn)入后處理模塊，查看結(jié)構(gòu)模型的頻率及振型。 以半浸沒與水中的橋墩模態(tài)問題為背景，并假設(shè)： 1. 橋墩為實(shí)心等截面的實(shí)體，實(shí)際橋墩模型應(yīng)當(dāng)是空心殼

5、體，截面尺寸也特別簡單，因而需要分塊劃分單元。 ansys流固耦合模態(tài)分析 2. 不考慮橋墩中的鋼筋，簡化為由單一的混凝土構(gòu)成橋墩，密度1.265e4 kg/m3,彈性模量3.15e10 n/m2，泊松比0.167。 3. 不考慮水面重力影響，忽視自由表面波，水的密度1e3 kg/m3,音速 1.44e3 m/s。 4. 壩體和水的交界面上，固體節(jié)點(diǎn)和液體節(jié)點(diǎn)位移耦合在一起，在單元中液體和固體粘在一起。 劃分網(wǎng)格后的模型如下： 計(jì)算后的模態(tài)結(jié)果如下，為了便利對比，左側(cè)給出了空氣中的模態(tài)。 橫向振動 第一階模態(tài) 橫向振動 其次階模態(tài) ansys流固耦合模態(tài)分析 縱向振動 第一階模態(tài) 扭轉(zhuǎn)振動 第一階模態(tài) 橫向振動 第三階模態(tài) 實(shí)體橋墩的橫向振動 縱向振動 扭轉(zhuǎn)振動 固有頻率 第一階 其次階 第三階 第一階 第一階 空氣中頻率 0.5545 3.357 8.97 8.63 5.27 水中頻率 0.5511 3.212 8.56 6.32 5.27 比例系數(shù) 0.994 0.957 0.954 0.732 1 對于半浸沒與水中橋墩結(jié)構(gòu)，ansys計(jì)算的模態(tài)結(jié)果有點(diǎn)驚奇。對于梁式振動，基本上都沒有看出水做為附加質(zhì)量加