[案例]ABAQUS流固耦合案例-滚筒洗衣机

2017-04-15 by:CAE仿真在线来源:互联网

前言

随着有限元技术的发展和用户要求的提高,各大有限元软件都含有流固耦合模块,其主要用于液体、理想气体和JWL的模拟,本文以ABAQUS软件为例,介绍了滚筒洗衣机在运转时带动滚筒内的水一起转动的流固耦合案例。CEL(Coupled Euler-Lagrange,耦合的欧拉-拉格朗日)方法是ABAQUS中计算流固耦合的关键技术。CEL技术吸取欧拉网格和拉格朗日网格的优点,采用网格固定而材料可在网格中自由流动的方式,解决大位移问题中单元变形。在本案例的最后附有整个模型的INP文件。

一.创建模型所需Part部件

1.建立滚筒有限元模型即本例中属于Lagrangian domain的部件,设置其类型为Discrete rigid,并设置部件的中心为参考点(Reference Point)。

2.建立水体的有限元模型即为本例中属于Eulerian domain的部件,设置其类型为Eulerian,需要注意的时因为在有限元模拟的过程中数据在两个区域间来回传递,所以网格需要有部分重叠区域即Eulerian domain和Lagrangian domain要保证有重叠的部分,这是一种弱耦合。但是这样设置之后就会导致在Eulerian domain里出现一部分没有材料属性。这就需要把水体的有限元部件通过partition功能划分为几个辅助部分便于后续方便设置材料属性。下图中的黄色虚线是在通过partition功能划分部件时,为了指明Extrude/Sweep方向用到的辅助坐标轴。

二.定义材料属性

选择状态方程模型EOS中类型Us-Up,声速c0=1483m/s;密度为1000kg/m3;粘度为0.001kg/ms。并把截面属性赋给水体部分Eulerian domain。

三.定义装配件

将滚筒洗衣机的部件Lagrangian domain和水体部件Eulerian domain装配在一起

四.设置分析步

新建一个分析步Step-1

五.划分网格

分别为水体部件Eulerian domain和滚筒部件Lagrangian domain划分网格。

六、设置接触

新建接触特性Contact Property,本例中水的任何的一个部分都可能在流动区域里的任何一个地方和滚筒部分Lagrangian domain接触,设置Tangential Behavior类型为Rough,赋给水和洗衣机之间的关系。新建Interaction,把刚才的Contact Property赋给它。

设置接触的两个面Surface。其中一个接触面Surface是滚筒部件Lagrangian domain部分的内侧面,类型为 Geometry,另一个接触面Surface是水体部分Eulerian domain的整个区域。

七.定义边界条件和载荷

1.为全模型加载重力场。

2.为水体部分Eulerian domain施加边界条件Boundary Conidition。

3. 分别在Initial和Step-1为滚筒部分Lagrangian domain施加边界条件Boundary Condition如下。

4.定义amplitude

七.设置预定义场 Predefined Field

为水体部件Eulerian domain的Part中没有水的部分设置Predefined Field材料。

2.为Eulerian domain的Part中初始存在水的部分设置Predefined Field材料。

八. 设置Field Output Request

为了观察水的流动要选中Volume/Thickness/Coordinates中的EVF,element volume fraction。

九. 提交Job计算

十.计算结果如下

十一.后处理

1.在Result-Field Output设置显示EVF_VOID查看水的流动情况。设置不显示没有水的区域。

2.将阈值改为100%,Spectrums设置为Blue to red。

3.设置ODB Display Options和Options-Common,让结果显示为理想状态。最后输出动画。

本例中的INP文件如下(限于篇幅原因部分节点及单元定义已省略):

*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,百纳知识微信公众号平台特约编辑,从事断裂力学研究。

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