第九讲流固耦合课件.ppt
第九讲流固耦合,自动耦合,拉格朗日体的（Lagrange part）整个外表面自动和欧拉进行接触欧拉施加压力给拉格朗日欧拉施加的压力通过拉格朗日表面进行积分得到节点力拉格朗日相当于给欧拉施加了流动约束 它们之间不考虑摩擦部分覆盖的单元被自动合并（ Blended）自动接触能够考虑侵蚀,拉格朗日部分(Lagrange Parts )通过覆盖欧拉网格的体积(volumes)和面(faces)将流动约束施加给欧拉物质(Euler Parts)为了流动约束有效时间，拉格朗日部分的厚度必须大于欧拉单元的尺寸要达到最好的耦合效果，拉格朗日单元尺寸应该大于欧拉单元尺寸推荐的比例为 2:1,欧拉流动约束,多边形耦合-Polygon Coupling,仅适用于在2D欧拉多边形（Polygon）就相当于给欧拉施加的约束 不考虑摩擦多边形的点可以固定 (anchored) 也可以附着在拉格朗日面得节点上多边形耦合必须在2D 欧拉-壳(EulerShell )作用中使用如果没有欧拉-壳(EulerShell )作用自动耦合式更好的选择多边形耦合不能考虑侵蚀,多边形的例子,耦合类型None自动-Automatic (polygon free)容易使用可以考虑侵蚀必须应用于整个模型不能用于壳多边形不能考虑侵蚀能够用于Lagrange, ALE 和 Shell 没有欧拉子循环,2D 流固耦合设置菜单,Lagrange,Euler,例子: 冲击波对墙的冲击变形 (2D),多物质欧拉 : 炸药+空气（HE + Air)拉格朗日 : 混凝土,例子: 爆炸侵彻混凝土 (2D),接触, 侵蚀 和 耦合可以在分析中同时使用 (必须使用自动耦合)结构的失效和破片的飞散流体/气体通过失效/破碎的部分泄露出去包含有冲击波载荷和结构碰撞载荷软件的主要优势之一,接触, 侵蚀 和 耦合,耦合类型刚性全耦合弱耦合欧拉子循环欧拉爆轰波求解器多物质欧拉求解器厚度壳欧拉爆轰波求解器多物质欧拉求解器,3D耦合菜单,拉格朗日网格通常用于固体模型；高声速-时间步长小欧拉网格通常用于流体的流动；低声速-时间步长大因此，欧拉时间步长大于拉格朗日步长；不用子循环的话，将以拉格朗日的时间步长作为所有计算的时间步长(包括欧拉)；太小的时间步长容易引起欧拉求解过多的耗散。子循环用来优化拉格朗日和欧拉时间步长；拉格朗日网格用小时间步长更新计算；欧拉用大时间步长更新计算；使用优化时间步长可以减少耗散。,欧拉子循环,壳单元在流固耦合中，定义人工厚度来进行欧拉耦合必须为壳定义人工厚度人工壳单元厚度必须至少是它周围欧拉单元最小尺寸的两倍人工厚度与物理模型的厚度是不同的对多个壳连接时，默认壳法线方向可以不考虑,厚度壳,No Join Default Join Custom Join,壳 厚度壳,欧拉体积分数 变形壳,厚度壳,使用拉格朗日或Fill Parts建立固定的刚性几何体拉格朗日可以在AUTODYN中生成，也可以从外部导入 (比如从 Workbench)用来定义覆盖的部分分析过程中覆盖的部分不改变非常有效,耦合类型: 刚性,耦合类型: 全耦合,拉格朗日和欧拉网格进行动态相互作用覆盖的体和面在每个时间不均参与计算效率没有刚性耦合高为有效的载荷周期进行耦合计算不需要欧拉网格时，将其删除,砖混结构的炸药库中27吨炸药爆炸 (ESH) 欧拉冲击波求解器,全耦合 - 建筑物中爆炸,气体在膛内流动，出口处膨胀泄压欧拉冲击波求解器,全耦合 - 内弹道,炸药和水用多物质欧拉求解器钢质筒使用拉格朗日求解器,全耦合- 水下爆炸,Euler Blast,全耦合 - 爆炸侵彻钢筋混凝土,全耦合- 地雷爆炸,空气爆炸全耦合破片碰撞接触侵蚀余留的惯性,全耦合 爆炸侵彻 RPG,RPG爆炸冲击波和破片对CFRP翼箱的破坏空气中爆炸采用冲击波求解器RPG壳体 (破片) 和翼箱采用拉格朗日求解器流固耦合接触+侵蚀 Calculation performed by the Ernst-Mach Institute,手榴弹的爆炸和破片,管式炸弹爆炸和毁伤效果,Courtesy AF Safety Center and the AF Research Lab,全耦合 IED爆炸,Standard Glazing,Polycarbonate Glazing,Test in Large Blast Simulator,全耦合 玻璃碎片,有效减低飞散玻璃碎片的危险，德国国防部对各种汽车玻璃进行了安全评估 :完整汽车模型试验AUTODYN 模拟,全耦合 刚体碰撞,刚性弹冲击平板刚体欧拉耦合,全耦合 水下爆炸,水下爆炸对舰艇的影响刚体欧拉耦合刚体壳水和空气使用3D多物质欧拉,全耦合 水面爆炸对舰艇的影响,靠近舰艇的空气中爆炸刚体欧拉耦合刚体壳水和空气使用3D多物质欧拉,全耦合 爆炸对舰艇壳体的冲击变形,靠近舰艇的空气中爆炸刚体欧拉耦合刚体壳水和空气使用3D多物质欧拉,LPG Tanker Explosion,CDC (Certain Dangerous Cargoes) Barge Explosion,Passenger Ferry,全耦合 - 运输船爆炸应用,欧拉给拉格朗日施加一个压力场，作为拉格朗日的边界条件第一步: 欧拉计算结构可以是 Lagrange, ALE, Shell 或者 Fill Parts 3D压力场被顺序存储在压力场文件中第一个场文件包含有欧拉的集合数据第二步: 拉格朗日计算场文件中的压力作用到拉格朗日的外面表拉格朗日表面初始位置和欧拉单元之间进行场的自动映射两个场文件之间的压力数据通过自动线性插值得到,耦合类型: 弱耦合,Example High pressure expansion around a metallic ring in enclosed box,弱耦合例子,第一步: 欧拉计算创建场文件,第二步: 拉格朗日计算应用场文件,快速耦合类似于完全的欧拉-拉格朗日耦合但是, 从拉格朗日没有反馈到欧拉网格；在整个加载阶段，偏差是很小的。快速耦合比较与完全耦合的优势 在一个欧拉计算以后，多个拉格朗日计算可以实现；降低了计算时间、提高了效率。弱耦合仅考虑压力数据的映射当做节点力应用到拉格朗日网格仅施加在压力场文件描述的空间场文件名文件名: IDENT_#.ADF# 从0001开始,弱耦合,练习7 爆炸破坏混凝土,目的: 完成爆炸破坏混凝土板的建模和计算步骤:启动AUTODYN 初始设置 ，2D 轴对称建立混凝土板（ Lagrange）建立炸药（ Euler）定义流固耦合求解,练习8 - 舰艇爆炸,目的: 掌握爆炸和水下冲击波对舰艇影响的分析方法步骤:在 Explicit Dynamics (ANSYS)中建立模型数据输入 AUTODYN在AUTODYN中建立欧拉空间和炸药 AUTODYN中求解,
