【原创】基于abaqus/CFD&Standard管道流固耦合变形分析

北鹰南飞 · 发表于 2011-7-29 11:52:13

本帖最后由北鹰南飞于 2011-7-29 12:41 编辑

鉴于abaqus/CFD&Standard/Explicit流固耦合分析的例子少之甚少，我所看到的手册中唯一一个有关abaqus流固耦合结构应力变形分析的

例子是基于abaqus+fluent+mpcci联合实现的，故曾经怀疑基于abaqus/cfd&standard/explicit流固耦合涉及结构变形分析目前是否能够实

现，最近偶尔做了个基于abaqus/cfd&standard管道流固耦合变形的例子，发现其实是可以做的，拿出来与大家分享一下，当然，还有一

些细节问题有待进一步探索，希望有对此感兴趣的同仁一起研究探讨，比如结构采用壳单元后，收敛性会相当差，这在基于其它软件的流固

耦合分析中其实很少出现问题，还有比如流场会受ALE的影响出现整体网格抖动（这个问题是我在做另一个FSI涉及结构变形的算例中出现的

怪异现象）。

模型采用abaqus/cfd模块与abaqus/standard模块进行co-simulation，模型见下图：

相关计算结果：
放大后的结构变形：

结构压力分布：

流体瞬时速度矢量分布：

敦诚 · 发表于 2011-7-29 14:18:18

怎么感觉管子内部都是层流啊！可能壳元本身就有厚度，定义接触的时候一开始就有过盈。

北鹰南飞 · 发表于 2011-7-29 14:23:18

2# 敦诚
只算了层流，你可以换湍流算算，反正我的机器是跑不动的

，壳单元我已经预留了壳厚的，但计算通不过，还在测试中~~~~

敦诚 · 发表于 2011-7-29 14:37:53

对了，想起来了，壳的管在内部作用力的时候计算效果不好，以前做石油油井套管的时候用shell做套管效果就不理想，后来就用实体和beam做了，我记得abaqus还有就有一跨用来计算细长内部中空的beam单元。你要是害怕ALE导致的solid的网格变形区域放大，你把CFD的模型放大点被，让他能够覆盖所哟管体变形可能达到的区域，但是边界自定义初始的，这样可能好点，但是放大的区域一定要非常密集，不然就会有渗透了。
还有看了流体的manual感觉应该是有限体积法做的CFD模块。
湍流我是不敢跑啊！我觉得应该计算不出来什么效果，用北兄的网格，要是想要出来湍流效果，最起码再画10倍网格，这么热的天，跑起来，我的屋子都呆不了人了啊！

北鹰南飞 · 发表于 2011-7-29 14:45:51

4# 敦诚
多冲几次凉，人应该没问题的，就怕爆机器

，其实这种模型是很小的模型了，我用其它软件做，也就一会的功夫。不过abaqus能做的话，也是可喜的趋势啊。。。

wyzheng352 · 发表于 2011-7-29 22:50:13

inp文件里step的设置*Step, name=guan_solid, nlgeom=YES, inc=10000中的nlgeom=YES到底是什么用？我打开我的inp文件看了好几个都没看到，是需要手动添加的吗？

*Co-simulation, name=fsi_solid, controls=fsi_solid_Ctrls, program=MULTIPHYSICS
这个定义什么接触啊

北鹰南飞 · 发表于 2011-7-30 05:40:00

6# wyzheng352
inp文件里step的设置*Step, name=guan_solid, nlgeom=YES, inc=10000中的nlgeom=YES到底是什么用？我打开我的inp文件看了好几个都没看到，是需要手动添加的吗？

结构模块中打开大变形开关，否则FSI求解中会遇到问题。& P; _% y2 s+ e. E
_& c/ F3 S5 \6 C. D8 \
6 u! d+ _, e( a7 T
*Co-simulation, name=fsi_solid, controls=fsi_solid_Ctrls, program=MULTIPHYSICS0 S" u8 _7 F _5 |
这个定义什么接触啊

这个定义的是流固耦合边界域的接触，但一般不叫“接触”而是叫“流固耦合界面”。

wyzheng352 · 发表于 2011-7-30 22:09:48

那我再问下，对单元进行迭代的时候，一阶和二阶迭代有什么区别？一阶、二阶迭代都有哪些优缺点？

wyzheng352 · 发表于 2011-7-30 22:25:42

本帖最后由 wyzheng352 于 2011-7-30 22:38 编辑

http://forum.simwe.com/thread-995709-1-1.html

可以帮我看看是哪出了问题吗？

wyzheng352 · 发表于 2011-7-30 22:37:59

9# wyzheng352

我对边界进行了重新定义，运算后出现负能量，这是怎么回事？

北鹰南飞 · 发表于 2011-7-31 11:33:50

8# wyzheng352
你能解释一下“一阶、二阶迭代”的概念吗？

北鹰南飞 · 发表于 2011-7-31 11:38:19

10# wyzheng352
你这个模型不是早就有人做过吗？

wyzheng352 · 发表于 2011-7-31 22:50:49

是的他们做过，我也用他们的模型去运行过，但是没有调试成功过

zxlgood · 发表于 2011-8-10 16:58:19

回复 11# 北鹰南飞

可否计算管受外力变形后对内部流场产生影响的过程啊？就是您模拟实例相反的过程

北鹰南飞 · 发表于 2011-8-10 17:01:09

回复 14# zxlgood
可以，不过这个外力下的变形不能过大，因为abaqus/cfd的网格功能目前还较弱。

zxlgood · 发表于 2011-8-11 23:51:26

本帖最后由 zxlgood 于 2011-8-11 23:53 编辑

回复 15# 北鹰南飞
您的模型里面最大变形的尺寸是多少啊？形变量多大才能顺利计算？我想计算塑料管高温下屈曲变形对内部流体产生的流阻，例如一段2米长两端固定且内径为2.5CM的塑料管中流动50摄氏度的水，管体受热应力产生屈曲变形，计算变形后流阻增加的情况。

北鹰南飞 · 发表于 2011-8-12 08:35:20

回复 16# zxlgood

你这个问题比管受外压变形，进而影响流场的流固耦合问题要复杂；实际上，你的问题牵涉到：流体传热，流体的温度引起结构变形，

结构变形影响到流场，所以，是典型的结构-热-流体三场耦合，很遗憾的告诉你，我测试过abaqus/CFD+Standard来做这个三场耦合

问题，采用的方法是：Couple temp-displacement 与CFD建模求解，可惜，结果是FSI可以耦合上，但TFSI根本耦合不上，流体温度

没有耦合到结构上，我不知道是否是abaqus本身还没做到这个程度，如果这个实现不了，我想，用abaqus/Standard Couple temp-

displacement 与FLUENT的MPCCI耦合可能也实现不了TFSI三场耦合，我会抽空测试一下的。

zxlgood · 发表于 2011-8-12 16:49:14

本帖最后由 zxlgood 于 2011-8-12 16:51 编辑

回复 17# 北鹰南飞

首先感谢您细心的解答。您说的FSI可以耦合上具体是指？可以不可以这样：把温度载荷作为初始条件计算热应力使结构发生变形，同时利用mpcci连接FLUENT计算流阻。我没有MPCCI这个软件，所以无从下手，期待大侠出手了！
另外，这种情况ADINA可以解决吗？

北鹰南飞 · 发表于 2011-8-12 16:51:52

回复 18# zxlgood
关键是Couple temp-displacement 与CFD之间只有压力可以传递，温度无法传递，如果将温度作为管的边界直接加入可以尝试一下。

zxlgood · 发表于 2011-8-12 17:12:59

回复 19# 北鹰南飞

恩，用热应力顺序耦合法求解热变形与CFD耦合，我现在只是有想法，具体操作和理论刚入门，一些细节还不清楚，希望您以后能多多指导！

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