[案例]ABAQUS流固耦合案例-滾筒洗衣機(jī)

2017-04-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

前言

隨著有限元技術(shù)的發(fā)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(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)滾筒內(nèi)的水一起轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)算流固耦合的關(guān)鍵技術(shù)。CEL技術(shù)吸取歐拉網(wǎng)格和拉格朗日網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn),采用網(wǎng)格固定而材料可在網(wǎng)格中自由流動(dòng)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(gè)模型的INP文件。

一.創(chuàng)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(shè)置其類型為Discrete rigid,并設(shè)置部件的中心為參考點(diǎn)(Reference Point)。

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2.建立水體的有限元模型即為本例中屬于Eulerian domain的部件,設(shè)置其類型為Eulerian,需要注意的時(shí)因?yàn)樵谟邢拊M的過程中數(shù)據(jù)在兩個(gè)區(qū)域間來回傳遞,所以網(wǎng)格需要有部分重疊區(qū)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(shè)置之后就會(huì)導(dǎo)致在Eulerian domain里出現(xiàn)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(gè)輔助部分便于后續(xù)方便設(shè)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(shí),為了指明Extrude/Sweep方向用到的輔助坐標(biāo)軸。

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二.定義材料屬性

選擇狀態(tài)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。

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三.定義裝配件

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

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四.設(shè)置分析步

新建一個(gè)分析步Step-1

五.劃分網(wǎng)格

分別為水體部件Eulerian domain和滾筒部件Lagrangian domain劃分網(wǎng)格。

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六、設(shè)置接觸

新建接觸特性Contact Property,本例中水的任何的一個(gè)部分都可能在流動(dòng)區(qū)域里的任何一個(gè)地方和滾筒部分Lagrangian domain接觸,設(shè)置Tangential Behavior類型為Rough,賦給水和洗衣機(jī)之間的關(guān)系。新建Interaction,把剛才的Contact Property賦給它。

設(shè)置接觸的兩個(gè)面Surface。其中一個(gè)接觸面Surface是滾筒部件Lagrangian domain部分的內(nèi)側(cè)面,類型為 Geometry,另一個(gè)接觸面Surface是水體部分Eulerian domain的整個(gè)區(qū)域。

七.定義邊界條件和載荷

1.為全模型加載重力場。

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

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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。

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4.定義amplitude

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七.設(shè)置預(yù)定義場 Predefined Field

為水體部件Eulerian domain的Part中沒有水的部分設(shè)置Predefined Field材料。

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

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八. 設(shè)置Field Output Request

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

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九. 提交Job計(jì)算

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十.計(jì)算結(jié)果如下

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十一.后處理

1.在Result-Field Output設(shè)置顯示EVF_VOID查看水的流動(dòng)情況。設(shè)置不顯示沒有水的區(qū)域。

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2.將閾值改為100%,Spectrums設(shè)置為Blue to red。

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3.設(shè)置ODB Display Options和Options-Common,讓結(jié)果顯示為理想狀態(tài)。最后輸出動(dòng)畫。

本例中的INP文件如下(限于篇幅原因部分節(jié)點(diǎn)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

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作者:山行,百納知識(shí)微信公眾號(hào)平臺(tái)特約編輯,從事斷裂力學(xué)研究。

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