第九讲-流固耦合课件.ppt

1、第九讲流固耦合Blended cells自动耦合拉格朗日体的（拉格朗日体的（Lagrange part）整个外表面自动和欧）整个外表面自动和欧拉进行接触拉进行接触欧拉施加压力给拉格朗日欧拉施加压力给拉格朗日l欧拉施加的压力通过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表面进行积分得到节点力拉格朗日相当于给欧拉施加拉格朗日相当于给欧拉施加了流动约束了流动约束l 它们之间不考虑摩擦它们之间不考虑摩擦部分覆盖的单元被自动合并部分覆盖的单元被自动合并（Blended）自动接触能够考虑侵蚀自动接触能够考虑侵蚀拉格朗日部分拉格朗日部分(Lagrange Parts)通过覆盖欧拉网格的体积通过

2、覆盖欧拉网格的体积(volumes)和面和面(faces)将将流动约束施加给欧拉物质流动约束施加给欧拉物质(Euler Parts)l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尺寸l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推荐的比例为 2:1 欧拉流动约束Fixed(anchor)pointsCovered region多边形耦合-Polygon Coupling仅适用于在仅适用于在2D欧拉欧拉多边形（多边形（Polygon）就相

3、当）就相当于给欧拉施加的约束于给欧拉施加的约束 l不考虑摩擦不考虑摩擦多边形的点可以固定多边形的点可以固定(anchored)也可以附着在也可以附着在拉格朗日面得节点上拉格朗日面得节点上多边形耦合必须在多边形耦合必须在2D 欧拉欧拉-壳壳(EulerShell)作用中使用作用中使用l如果没有如果没有欧拉欧拉-壳壳(EulerShell)作用自动耦合作用自动耦合式更好的选择式更好的选择多边形耦合不能考虑侵蚀多边形耦合不能考虑侵蚀EULERSHELLLAGRANGE多边形的例子耦合类型耦合类型lNonel自动自动-Automatic(polygon free)容易使用容易使用可以考虑侵蚀可以考虑侵

4、蚀必须应用于整个模型必须应用于整个模型不能用于壳不能用于壳l多边形多边形不能考虑侵蚀不能考虑侵蚀能够用于能够用于Lagrange,ALE 和和 Shell 没有欧拉子循环没有欧拉子循环2D 流固耦合设置菜单LagrangeEuler速度云图速度云图压力云图压力云图例子:冲击波对墙的冲击变形冲击波对墙的冲击变形(2D)多物质欧拉多物质欧拉:炸药炸药+空气（空气（HE+Air)拉格朗日拉格朗日:混凝土混凝土例子: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 (必须使用自必须使用自动耦合动耦合)l结构的失效和破片的飞散结构的失效和破片的飞散l流体流体/气体通过失效气体通过失效/破碎

5、的部分泄露出去破碎的部分泄露出去l包含有冲击波载荷和结构碰撞载荷包含有冲击波载荷和结构碰撞载荷软件的主要优势之一软件的主要优势之一接触,侵蚀 和 耦合耦合类型耦合类型l刚性刚性l全耦合全耦合l弱耦合弱耦合欧拉子循环欧拉子循环l欧拉爆轰波求解器欧拉爆轰波求解器l多物质欧拉求解器多物质欧拉求解器厚度壳厚度壳l欧拉爆轰波求解器欧拉爆轰波求解器l多物质欧拉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；拉格朗日网格通常用于固体模型；l高声速高声速-时间步长小时间步长小欧拉网格通常用于流体的流动；欧拉网格通常用于流体的流动；l低声速低声速-时间步长大时间步长大因此，欧拉时间步长大于拉格朗

6、日步长；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计算的时间步长(包括欧拉包括欧拉)；太小的时间步长容易引起欧拉求解过多的耗散。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；网格用小时间步长更新计算；欧拉欧拉用大时间步长更新计算；使用优化时间步长可以用大时间步长更新计算；使用优化时间步长可以减少耗散。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l必须为壳定义人工

7、厚度必须为壳定义人工厚度l人工壳单元厚度必须至少是它周围欧拉单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元最小尺寸的两倍l人工厚度与物理模型的厚度是不同的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对多个壳连接时，默认壳法线方向可以不考虑不考虑 厚度壳Exclude 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使用拉格朗日或Fill Parts建立固定建立固定的刚性几何体的刚性几何体l拉格朗日可以在拉格朗日可以在AUTODYN中生成，也可以从中生成，也可以从外部导入外部导入(比如从比如从 Wo

8、rkbench)l用来定义覆盖的部分用来定义覆盖的部分分析过程中覆盖的部分不改变分析过程中覆盖的部分不改变非常有效非常有效耦合类型: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拉格朗日和欧拉网格进行动态相互作用l覆盖的体和面在每个时间不均参与计算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效率没有刚性耦合高为有效的载荷周期进行耦合计算为有效的载荷周期进行耦合计算l不需要欧拉网格时，将其删除不需要欧拉网格时，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

9、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钢质筒使用拉格朗日求解器全耦合-水下爆炸Beam ReinforcementsLagrange ConcreteEuler Blast全耦合-爆炸侵彻钢筋混凝土全耦合-地雷爆炸空气爆炸空气爆炸l全耦合全耦合破片碰撞破片碰撞l接触接触侵蚀侵蚀l余留的惯性余留的惯性全耦合 爆炸侵彻 RPGRPG爆炸冲击波和破片对爆炸冲击波和破片对CFRP翼箱的破坏翼箱的破坏l空气中爆炸采用冲击波求空气中爆炸采用冲击波求解器解器lRPG壳体壳体(破片破片)和和翼箱翼箱采用拉格朗日求解器采用拉格朗日求解器l流固耦合流固耦合l接触接触+侵蚀侵蚀 Calculation

10、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 GlazingPolycarbonate GlazingTest in Large Blast Simulator全耦合 玻璃碎片有效减低飞散玻璃碎片的危有效减低飞散玻璃碎片的危险，德国国防部对各种汽车险，德国国防部对各种汽车玻璃进行了安全评估玻璃进行了安全评估:l完整汽车模型试验完整汽车模型试验lAUTODYN 模拟模拟全耦合 刚体碰撞刚性弹冲击

11、平板刚性弹冲击平板l刚体欧拉耦合刚体欧拉耦合全耦合 水下爆炸水下爆炸对舰艇的影响水下爆炸对舰艇的影响l刚体欧拉耦合刚体欧拉耦合l刚体壳刚体壳l水和空气使用水和空气使用3D多物质欧拉多物质欧拉全耦合 水面爆炸对舰艇的影响靠近舰艇的空气中爆炸靠近舰艇的空气中爆炸l刚体欧拉耦合刚体欧拉耦合l刚体壳刚体壳l水和空气使用水和空气使用3D多物质欧拉多物质欧拉全耦合 爆炸对舰艇壳体的冲击变形靠近舰艇的空气中爆炸靠近舰艇的空气中爆炸l刚体欧拉耦合刚体欧拉耦合l刚体壳刚体壳l水和空气使用水和空气使用3D多物质欧拉多物质欧拉LPG Tanker ExplosionCDC(Certain Dangerous Car

12、goes)Barge ExplosionPassenger 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，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作为拉格朗日的边界条件l第一步第一步:欧拉计算欧拉计算结构可以是结构可以是 Lagrange,ALE,Shell 或者或者 Fill Parts 3D压力场被顺序存储在压力场文件中压力场被顺序存储在压力场文件中l第一个场文件包含有欧拉的集合数据第一个场文件包含有欧拉的集合数据l第二步第二步:拉格朗日计算拉格朗日计算场文件中的压力作用到拉格朗日的外场文件中的压力作用到拉格朗日的外面表面表拉格朗日表面初始位置和欧拉单元之拉格朗

13、日表面初始位置和欧拉单元之间进行场的自动映射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两个场文件之间的压力数据通过自动线性插值得到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快速耦合类似于完全的欧拉-拉格朗日耦合拉格朗日耦合l但是但是,从拉格朗日没有反馈到欧拉网格；从拉格朗日没有反馈到欧拉网格；l在整个加载阶段，偏差是很小的。在整个加载阶段，偏差是很小的。快速耦合比较与完全耦

14、合的优势快速耦合比较与完全耦合的优势 l在一个欧拉计算以后，多个拉格朗日计算可以实现；在一个欧拉计算以后，多个拉格朗日计算可以实现；l降低了计算时间、提高了效率。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弱耦合仅考虑压力数据的映射l当做节点力应用到拉格朗日网格当做节点力应用到拉格朗日网格l仅施加在压力场文件描述的空间仅施加在压力场文件描述的空间场文件名场文件名l文件名文件名:IDENT_#.ADFl#从从0001开始开始弱耦合练习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