利用workbenchACT实现水下潜艇的湿模态分析

2016-10-21 by:CAE仿真在线来源:互联网

1工程背景

潜艇在水下运行中除了受自身发动机的影响,外壳还会发生振动并激励外场海水介质形成辐射声场。因此,结构自身的振动特性分析是研究其辐射声场强度分布的基础。潜艇水下的振动模态,称为水下潜艇的湿模态。

建模过程中需要建立流固耦合模型,其中流体为理想流体,满足如下基本假设:

(1)流体是无粘和可压缩的:

(2)声波振幅相对较窄,这样流体密度变化较小;

(3)波传播与热力学过程是绝热的。

注:例子来自《ANSYS Workbench设计、仿真与优化第3版》p61,原书中采用插入命令流方式实现流固耦合,本文则使用ACT方式实现并与原文结果作对比。本文附录为原书中所需命令流,读者可按原书自行求解。

2网格划分

导入潜艇流固耦合模型在ANSYS Mechanical中如下图所示。对于潜艇实体,采用automatic method划分方法,网格尺寸为0.5m;对于流体域,则采用hex dominant method划分方法,网格尺寸为1m。

3约束加载

加载ACT_Acoustics声学模块,在ANSYS Mechanical里面,选择流体域为acoustic body,设置mass density为1000,sound speed为1500;在boundary conditions里面添加acoustic FSI interface,选择潜艇表面为流固耦合面;同样在boundary conditions里面添加acceleration,在y方向添加重力加速度。

4结果对比

使用ACT得到前十阶模态结果以及第七阶振型如下,第七阶以弯曲振动为主。

与原文中前十阶模态结果对比,结果一致。

5ACT简介

ACT——应用自定义工具包( Application Customization Toolkit ,ACT)的简称。总体上,它包含两种文件:

一种是XML文件,主要用于定义界面,例如在Mechanical中添加一个工具栏,工具栏上添加一个按钮,或者添加一个菜单项,或者在模型树中添加一个对象,并设置好对象的细节视图等。

另外一个文件是PY文件,该文件是用PYTHON语言编写的,它用于响应XML文件中那些界面元素。例如当用户按下一个按钮以后,它可以添加一些边界条件,这些边界条件可能是现在的Mechanical所不能提供的。在其中可以肆无忌惮的调用APDL的命令,从而可以完成异常复杂的功能。

如果用户能熟练使用ACT,那么我们可以推断,用户就可以定制自己的Mechanical,而由于在PYTHON中可以调用任意的APDL命令,而APDL命令是经典界面的心脏。从而我们可以推断,使用ACT的Mechanical,可以完成经典界面的绝大部分功能。实际上,我们看到,随着ANSYS版本的更新,在WB中已经把经典界面中的一些高级功能越来越多地向WB转移。显然,ANSYS自己清楚,工程师们都喜欢WB,而不喜欢经典界面,但是经典界面的分析功能又的确远超过WB,所以,ANSYS在不断的使用ACT进行编程,在新版的WB中提供越来越多的高级功能。

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