ansys流固耦合模態分析計算方法

2016-09-20 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在使用ANSYS計算結構在水中的模態時,FIUID29、FIUID30單元分別用來模擬二維和三維流體部分,相應的結構模型則利用PLANE42、SOIID45等單元來構造,其中,PLANE42和SOLID45單元用來構造二維和三維結構模型。采用三維模型,流體選用FIUID30單元,結構則采用SOLID45單元。

FLUID30是流體聲單元,用于模擬流體介質及流固耦合問題。該單元有8個節點,每個節點上有4個自由度,分別是X、Y、Z3個方向的位移自由度和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度(作為DENS輸入),及流體聲速(作為S0NC輸入),流體粘性產生的損耗效應忽略不計。
SOIID45單元用于構造三維實體結構。單元通過8個節點來定義,每個節點有3個沿著X、Y、Z方向平移的自由度。

在利用ANSYS建模分析時,流場域單元屬性分為2種,由KEYOPT(2)(指定流體和結構分界處結構是否存在)控制,在流固耦合交界面上的單元KEYOPT(2)=0,表示分界面處有結構,其他流體單元KEYOPT(2)=1,表示分界面處無結構。流體一結構分界面應通過面載荷標志出來,指定FSIlabel(不需數值)可以把分界面處的結構運動和流體壓力耦合起來,分界面標志必須在分界面處的流體單元標出。

模態分析的步驟
1)建立流體單元的實體模型。建立流體模型,首先需要確定流體域的范圍,針對這個問題,假定固體結構周圍只有有限范圍的流體,數值實驗表明,當流體區域足夠大時,這一假定的結果與假定流體為無限邊界流體的結果的誤差應小于1%。一般情況下可以取流體區域的半徑為固體結構半徑(其中矩形截面取其邊長的1/2作為半徑)的5倍以上。確定出流體區域的范圍后,建立流體單元,并將分界面處的流體單元的KEYOPT(2)值設置為0,其他流體單元KEYOPT值設置為1。
2)標記流固耦合界面。選取流體單元中流固交界面上的節點,執行FSI命令,標記耦合界面。
3)建立固體結構實體模型。建立固體結構模型,定義單元屬性,采取映射方式進行網格的劃分。
4)施加約束條件。由于流體區域的尺寸是遠大于固體結構的尺寸,故在流場邊界處的單元節點上施加壓力(PRES)一0約束。又因為結構為懸臂結構模型,并認為流體區域在懸臂根部的平面內有邊界,所以固體結構模型底部固結,流場底部定義Z方向約束。
5)選擇求解類型,進行求解。進入SOLUTION求解器,定義分析類型為模態分析,設定提取頻率階數及提取模態的方法。由于非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的剛度矩陣、質量矩陣不對稱等問題,故采用非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)進行模態的提取。
6)查看結果。進入后處理器,查看結構模型頻率及振型圖

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