Руководство по решению тепловых, сопряженных, гидрогазодинамических задач, страница 71

РезультатыЗависимость температуры бруска от времени2.11. Пример структурно – электростатического анализа.Пример, описанный в этом разделе демонстрирует структурно-электростатический анализ,выполненный при помощи макроса ESSOLV.2.11.1. Постановка задачи.В этом примере брус расположен над заземленным затвором, как показано на рисунке. Набрусок подается напряжение. Необходимо определить силу, действующую на брусок ивеличину отклонения бруска.Кремниевый брусок над заземленным затвором.3782.11.2. Построение и решение модели (командный метод)Текст после восклицательного знака является комментарием./batch,list/prep7, Silicon beam deflection from an applied voltageet,1,121et,2,121emunit,epzro,8.854e-6mp,perx,2,1!!!!!Элемент PLANE121 для воздухаВременный элемент для брусаПроницаемость среды, единицы µMKSVОтносительная диэлектрическая проницаемость длявоздухаbl=150bh=2.0glc=bl/2gl=90gh=1.5!!!!!Длина бруса (µm)Высота брусаЦентральное расположение заземленияДлина проводящей зоны заземленияТолщина затвораgap=4.5vltg=120! Воздушный промежуток! Напряжениеrectng,0,bl,gap,bh+gap! Создание моделиrectng,glc-gl/2,glc+gl/2,-gh,0rectng,-10,170,-20,30aovlap,allasel,s,area,,1aatt,1,,1! Площадь брусаasel,s,area,,4cm,air,areaaatt,2,,2! Площадь для воздуха! Сгруппировать площади воздуха в элементallsel,allsmrtsiz,2amesh,1mshape,1amesh,4! Мешировать брус! Мешировать воздух треугольникамиasel,s,area,,1lsla,sdl,all,,volt,vltg! Задать напряжение на брусasel,s,area,,2lsla,sdl,all,,volt,0! Заземленный проводник (не мешированый)allsel,allet,1,0physics,write,ELECTROSphysics,clear! Задать структуре нулевой тип элемента! Записать файл электростатической физики! Очистить физику379et,1,82,,,2et,2,0! Задание типа элементов для бруска! Для воздуха нулевой тип элементовmp,ex,1,170e3mp,nuxy,1,0.34! Установка коэффициентаdl,4,,ux,0dl,4,,uy,0! Ограничивающие условия брусаallsel,allfinishphysics,write,STRUCTUREµN/(µm)**2! Запись структурного физического файлаESSOLV,'ELECTROS','STRUCTURE',2,0,'air',,,,10! Решение сопряженной задачиfinishphysics,read,ELECTROS/post1set,lastesel,s,mat,,2etable,fx,fmag,xetable,fy,fmag,yssumfinish! Чтение файла электростатической физики! Извлечение резульатов! Выбор элементов воздуха! Извлечение электростатических сил! Сумма сил2.12.

Пример жидкостно-структурного анализа,использующего FSSOLVПример, описанный в этом разделе демонстрирует жидкостно-структурный анализ,выполненный при помощи макроса FSSOLV.2.12.1. Постановка задачи.В этом примере тонкий брус расположен внутри канала по которому течет вода. Разницадавления между верхом и низом бруса вызывают колебания бруска.Тонкий алюминиевый брус, обтекаемый водой.2.12.2. Создание и решение модели (командный метод).Текст за восклицательным знаком является комментарием./BATCH,list/Title, Тонкий алюминиевый брусок, обтекаемый водой.380!!!!!!! 0.

Определение значений параметров.!!fact=1.0e-3! переводной коэффициентlength=.75*fact! длина брускаd0 =.005*fact! толщина брускаd1 =.04*fact! поперечный размер нижней части каналаd2 =.02*fact! поперечный размер верхней части каналаdcen=d1+0.5*d0widt=d0+d1+d2dl =widtelsi=0.5*d0! центральное расположение стержня! общая ширина моделиmodx=70.0e9nust=0.3! модуль Юнга! коэффицинт Пуассонаdenw=1.0e3visw=1.0e-3vin =8.85e-3! плотность воды! вязкость воды! скорость воды на входе (метры/секунда)! размер элемента для меширования/PREP7!!!!!!! 1. создание геометрии и наложение конечно элементной сетки!!et,1,141! двумерный Flotran элемент для симуляции жидкостиet,2,141! временный элемент для брусаrect,,length+dl,,widtrect,,length,d1,d1+d0aovlap,allnumcmp,areaASEL,S,loc,y,dcenASEL,INVERTAATT,1,,1type,1ASEL,INVERTaatt,2,,2type,2allsesize,elsiamesh,allallsfini/prep7!!!!!!! 2.

создание физической среды для жидкости!!et,1,141et,2,0! назначить нулевой тип элемента для бруса!!средства управления CFD решениемflda,solu,flow,1flda,solu,turb,1flda,advm,mome,supgflda,advm,turb,supgflda,iter,exec,100flda,outp,sumf,10!!информация по CFD свойствамflda,prot,dens,constantflda,prot,visc,constantflda,nomi,dens,denw! 1000 kg/m3 плотность водыflda,nomi,visc,visw! 4.6E-4 kg-s/m (вязкость воды)flda,conv,pres,1.E-9! величина сходимости для уравнений давления!!CFD граничные условия381lsel,s,loc,x,0lsel,u,loc,y,dcendl,all,,vy,0.,1dl,all,,vx,vin,1lsel,s,loc,y,0lsel,a,loc,y,widtdl,all,,vx,0.,1dl,all,,vy,0.,1asel,s,type,,2lsla,sdl,all,,vx,0.,1dl,all,,vy,0.,1! входное условие! внешние стенки! структурные граничные условияlsel,s,loc,x,length+dldl,all,,pres,0.,1! давление на выходеasel,s,type,,1cm,area2,areaallsfini! компонент жидкости для морфинга/title,Анализ жидкостиphysics,write,fluid,fluidphysics,clear/prep7!!!!!!! 3.

создание физической среды для структуры!!et,1,0et,2,42! структурный тип элемента для брускаmp,ex,2,modxmp,nuxy,2,nustLSEL,S,LOC,Y,dcenLSEL,R,LOC,X,0dl,all,,UX,0! ограничивающее условие для бруска при X=0dl,all,,UY,0allsfini/title,Structural Analysisphysics,write,struc,strucphysics,clear!!!!!!! 4. Запуск макроса FSSOLV с рестартом и принятым по умолчанию допуском!!!!!сходимости!!FSSOLV,'fluid','struc',2,'area2', ,,,,25,40,1,1/exit,nosaГлава 3. Последовательный слабосопрояженный анализ.3.1.

ОбзорВ этой главе описан метод анализа, который использует физические среды. Глава описываетдругой последовательный сопряженный метод решения задач в которых рассматриваетсявзаимодействие жидкости с твердым телом. Этот метод называется последовательнымслабосопрояженным методом.382Последовательный слабо сопряженный метод использует элементы ANSYS/FLOTRAN дляжидкости и структурные, тепловые или сопряженные элементы для твердых частей модели.Обычно задачи в которых рассматривается взаимодействие жидкость – твердое теловключают следующее:•••Задачи, которые включают в себя взаимодействие тепловых, структурных илиэлектрических полей с полем течения.Задачи, которые включают в себя течение, вызванное структурными изменениями.Задачи, описывающие течение, вызванное деформацией твердого тела.Ниже приведен алгоритм слабосопряженного метода решения задач взаимодействияжидкости с твердым телом.Слабосопряженный алгоритм решает уравнения для жидкости и твердой области независимодруг от друга.

Алгоритм передает силы жидкости, плотности тепловых потоков, смещениятвердого тела, скорости и температуры через границу твердо жидкого раздела. Алгоритмпродолжает выполнять итерации между анализом твердого тела и анализом жидкости до техпор, пока не будет достигнута сходимость для текущего временного шага (или до тех порпока не будет достигнуто максимальное количество итераций).

Сходимость основывается напараметрах, передаваемых через границу твердо жидкого раздела.3.2. Граница твердо жидкого раздела.В большинстве задач конечно элементные сетки жидкости и твердой области модели несовпадают вдоль границы раздела вследствие того, что к/э сетки жидкости и твердой областиимеютразныетребованиякразрешающейспособности.Последовательныйслабосопряженный метод поддерживает передачу нагрузки через несходную сетку.Алгоритм слабого сопряжения использует алгоритм линейного поиска узлов,принадлежащих к/э сетке. В следующей таблице приведены два интерполяционных методапередачи нагрузки. Интерполяционный метод определяет параметры, передаваемые черезграницу раздела сред.Примечание.383На границе раздела твердой части модели с жидкостью необходимо иметь дванабора составляющих твердой модели и узлов: один набор для жидкой областии второй набор для твердой части модели.Параметры передаваемые через границу раздела.ИнтерполяционныйметодПередача нагрузки со стороныжидкости к твердой частимодели•Консервативный••Неконсервативный•Передача нагрузки со сторонытвердой части модели кжидкостиСила по трем направлениямкоординатТепловая мощностьПлотность силы по тремнаправлениям координатПлотность теплового потока•••СмещенияСкорость к/э сеткиТемпературы••СмещенияСкорость к/э сетки•Температуры3.3.

Элементы жидкости и твердой части модели.Анализ взаимодействия жидкости с твердой частью модели использует элементы жидкостиANSYS/FLOTRAN: FLUID141 или FLUID142. Дополнительную информацию по элементамFLOTRAN и их свойствам смотрите в ANSYS Elements Reference и ANSYS CFD FlotranAnalysis Guide.Анализ взаимодействия жидкости с твердой частью модели использует структурные,тепловые или сопряженные элементы для элементов твердой части модели. Ниже в таблицахприведены доступные структурные, тепловые и сопряженные элементы.Структурные элементыдвумерные трехмерные балочные оболочечные HYPERPLANE2SOLID45BEAM3SHELL63HYPER56PLANE42SOLID92BEAM23 SHELL93HYPER84PLANE82SOLID95BEAM188 SHELL181HYPER86PLANE182 SOLID185BEAM189PLANE183 SOLID186SOLID187Тепловые элементыдвумерные трехмерные оболочечныеPLANE35SOLID70PLANE55SOLID87SHELL57SOLID90384Сопряженные элементыдвумерные трехмерные оболочечныеPLANE13SOLID5PLANE67SOLID62SHELL157SOLID69SOLID983.4.

Анализ взаимодействия жидкости с твердой частьюмодели.Процедура выполнения анализа взаимодействия жидкости с твердой частью модели состоитиз пяти основных этапов:1.2.3.4.5.Настройка жидкостного анализа и анализа твердой части модели.Отметка поверхности твердо жидкого раздела.Определение опции решения твердо жидкого анализа.Получение решения.Постобработка результатов.3.4.1. Настройка жидкостного анализа и анализа твердой части модели.Для выполнения анализа твердо жидкостного взаимодействия вначале необходимо создатьмодель жидкости и наложить на нее конечно элементную сетку.

Затем следует задатьсоответствующие граничные условия на область жидкости, задать свойства материала дляанализа жидкости и выбрать опции решения. Затем создается твердая часть модели инакладывается к/э сетка на твердую область. Задаются соответствующие граничные условияна твердую область, устанавливаются свойства материалов и выбираются опции решения.Информацию по настройке анализа жидкости смотрите в ANSYS CFD Flotran Analysis Guide.Информацию по настройке анализа твердой модели смотрите в ANSYS Structural AnalysisGuide и ANSYS Thermal Analysis Guide.3.4.2. Отметка поверхности твердо жидкого раздела.Следующий шаг заключается в отметке определенным номером поверхностей твердожидкого раздела где передается нагрузка.