ansys流固耦合模态分析计算方法

2016-09-20 by:CAE仿真在线来源:互联网

在使用ANSYS计算结构在水中的模态时,FIUID29、FIUID30单元分别用来模拟二维和三维流体部分,相应的结构模型则利用PLANE42、SOIID45等单元来构造,其中,PLANE42和SOLID45单元用来构造二维和三维结构模型。采用三维模型,流体选用FIUID30单元,结构则采用SOLID45单元。

FLUID30是流体声单元,用于模拟流体介质及流固耦合问题。该单元有8个节点,每个节点上有4个自由度,分别是X、Y、Z3个方向的位移自由度和1个压力自由度,为各向同性材料。输入材料属性时,需要输入流体的材料密度(作为DENS输入),及流体声速(作为S0NC输入),流体粘性产生的损耗效应忽略不计。
SOIID45单元用于构造三维实体结构。单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着X、Y、Z方向平移的自由度。

在利用ANSYS建模分析时,流场域单元属性分为2种,由KEYOPT(2)(指定流体和结构分界处结构是否存在)控制,在流固耦合交界面上的单元KEYOPT(2)=0,表示分界面处有结构,其他流体单元KEYOPT(2)=1,表示分界面处无结构。流体一结构分界面应通过面载荷标志出来,指定FSIlabel(不需数值)可以把分界面处的结构运动和流体压力耦合起来,分界面标志必须在分界面处的流体单元标出。

模态分析的步骤
1)建立流体单元的实体模型。建立流体模型,首先需要确定流体域的范围,针对这个问题,假定固体结构周围只有有限范围的流体,数值实验表明,当流体区域足够大时,这一假定的结果与假定流体为无限边界流体的结果的误差应小于1%。一般情况下可以取流体区域的半径为固体结构半径(其中矩形截面取其边长的1/2作为半径)的5倍以上。确定出流体区域的范围后,建立流体单元,并将分界面处的流体单元的KEYOPT(2)值设置为0,其他流体单元KEYOPT值设置为1。
2)标记流固耦合界面。选取流体单元中流固交界面上的节点,执行FSI命令,标记耦合界面。
3)建立固体结构实体模型。建立固体结构模型,定义单元属性,采取映射方式进行网格的划分。
4)施加约束条件。由于流体区域的尺寸是远大于固体结构的尺寸,故在流场边界处的单元节点上施加压力(PRES)一0约束。又因为结构为悬臂结构模型,并认为流体区域在悬臂根部的平面内有边界,所以固体结构模型底部固结,流场底部定义Z方向约束。
5)选择求解类型,进行求解。进入SOLUTION求解器,定义分析类型为模态分析,设定提取频率阶数及提取模态的方法。由于非对称矩阵法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的刚度矩阵、质量矩阵不对称等问题,故采用非对称矩阵法(UNSYMMETRIC)进行模态的提取。
6)查看结果。进入后处理器,查看结构模型频率及振型图

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