索膜张拉结构基于大涡模型的FSI示例.ppt

各参数及结果数值单位:米(m)，千克（Kg），秒（s）。,分析1：找形分析,计算模型,索膜结构跨度约为2m,高度12米；结构模型由三个单元组Plane Stress Membrane,Truss和Beam构成；membrane和truss单元施加预应力（应变）；,索膜结构模型找形前初始网格形态,计算模型,对于膜单元定义预应变,膜单元的单元坐标系显示,strain-11,strain-22是基于单元坐标系的应力分量，即面内两个方向的正应变；对于truss单元，strain-11即是单元轴向应变；单元坐标系的方向和surface控制点的顺序相关，因此要获得某种特殊的坐标系方向，需注意这一点；复杂膜结构初应变（应力）可按照这个思路进行控制；ADINA允许施加初始应力或者应变，但一些计算模型表明，施加initial strain更加容易收敛；,关于初始应变（应力）的说明,计算模型,计算模型,找形属于静力平衡计算，但一般会采用low-speed dynamic damping方式控制收敛；damping factor会直接控制收敛过程，damping带来的振荡过滤后才是需要的平衡状态；找形分析要启动large disp.分析选项；,计算模型,增加迭代次数，复杂模型甚至超过100次；启动Line search；仅靠缺省的能量收敛准则不够，增加力的收敛准则；,计算模型,此模型保存为membrane-shape.in；生成dat文件进行计算，结果保存为shape-finding.por;,计算模型,经过100步计算得到的张拉膜形状,观察变形最大点的位移变化过程表明结果已经平衡,分析2：基于找形结果进行模态分析,计算模型,读入最初计算模型，设置计算类型为frequency/modes；指定提取模态为10阶，并进行子空间迭代方法的控制;设置启动类型为restart，启动时间是找形终止时间1；,计算模型,14阶振动模态,振动模态一般用来判断索膜结构的刚度、风振摆动形式、以及气流激振的频域范围；也可用来检查找形计算模型的合理性;,计算模型,710阶振动模态,分析3：基于找形结果进行FSI分析,计算模型,读入最初结构模型，启动FSI选项，计算类型为dynamic，restart，启动时刻为1；在fsi界面定义中，对surface1要定义fsi 1和fsi 2两个界面。这是因为膜两侧都有气流并都存在流固耦合作用;之后保存命令流文件为fsi-membrane.in，并写出dat文件（不求解）；,计算模型,下面内容详细讲解如何从找形后的膜单元构造流场。,计算模型,在后处理中读入分析1的结果；用list功能列出单元组1（膜）所有节点在最后一步的三个坐标值；通过粘贴功能导入到excel表格中；,计算模型,注意导入时选择空格换列选项；坐标值的有效数字在excel中需设置到5位，否则可能产生误差；,计算模型,打开前处理，将excel表中的四列贴到创建point的表格中；,计算模型,暂时写出命令流文件，增加一些点用来控制流场的轮廓；思路是将Y在-1,1位置所有控制点、以及入口y8的所有控制点确定；下游volumes则通过extrude生成即可；,计算模型,用surface grid的功能生成第一个面，用于膜结构下面流场的volume边界；,注意：如果仅导入truss（索）单元的节点坐标，则需要先用这些points生成四条spline线，之后在通过四条线生成surface1亦可。（对于其它足够光滑的膜结构同样可以由边界生成膜surface）,用surface 1的四个边，定义surface 2；surface 2将用于膜结构上面流体volume的边界；,计算模型,计算模型,由于模型点、面众多，需要定义zone将模型元素分到不同的zone；定义zone donwblock，并激活（随后生成的模型元素自动放在此zone中）；,计算模型,由于surface 1，2共用4条线边界，因此生成volume则只能用patch（surface）方式；用vertax方式生成一些辅助surface，再生成膜结构下面的volume1；,计算模型,当生成膜下部、上部的两个volume后，其它volume可直接用vertax方式建立；,计算模型,当volume112建立后，进行网格密度控制；下游volumes则用相应面extrude方式生成，同时进行了网格密度控制；,计算模型,将surface 1，2分别指定为fsi边界1，2，这与结构模型中的定义是对应的；,流体采用les中Smagorinsky亚格子模型，亚格子常数0.1,Prandtl数0.7；速度入口平均流速8m/s，带有随机扰动，扰动每步均施加，波动强度0.002;,计算模型,计算模型,通过空间函数控制入口速度随高度分布；完善地面wall边界、x，z方向速度对称面等设置；定义两个单元组，上、下volumes分成两个单元组划分，这样容易控制volume1，2的网格连续性；,正确的网格划分中间流场不会连续（由膜隔开），因而出现边界,计算模型,设置SIMPLE+PISO算法，动网格用sparse求解器；计算的第1步为稳态求解，要整个流场施加平均流速，其余步为动态计算；,第1步稳态计算的最大迭代步数,计算模型,流场不需要重启动，但为了与结构模型的启动时间一致，需要将启动时间指定为1；流场模型保存为命令流文件fsi-wind.in，并写出dat文件；启fsi求解器进行求解。,计算结果,常见结果例如总压、风压系数可定义resultant如下：Total_Pressure=静压+动压Nodal_Pressure+0.5*density*velocity_magnitude*2Cp=静压/流场输入单位体积动能Nodal_ Pressure/(0.5*density*velocity_inlet*2),v,计算结果,膜上侧,膜下侧,膜两侧静压分布(3.0s时刻),计算结果,膜上侧,膜下侧,膜两侧风压系数分布(3.0s时刻),v,