Руководство по решению тепловых, сопряженных, гидрогазодинамических задач, страница 72

Для этого используется семейство SF команд (SF,SFA, SFE, или SFL) и метка поверхностной нагрузки FSIN. Установите флаг раздела твердожидких поверхностей дважды: для стороны жидкости и для стороны твердой части модели.При выполнении команд SF, SFA, SFE, или SFL используйте один и тот же номер разделадля поверхностей жидкости и твердого тела, где передается нагрузка. Нагрузка передаетсямежду поверхностями жидкости и твердой части модели, имеющих один и тот же номерраздела.3.4.3. Задание опций решения твердо жидкого анализа.В этом разделе обсуждаются опции, которые вам необходимо задать для решения задачтвердо жидкого взаимодействия.3.4.3.1.

Установка основных опций анализа.385Во первых необходимо включить опцию анализа твердо жидкого взаимодействия и задатьпорядок решения для анализа жидкости и твердой части модели. Как для анализа жидкости,так и для анализа твердой части модели необходимо, затем, определить будет анализстационарным или нестационарным. Также вы должны определить интерполяционный методпередачи нагрузки через границу твердо жидкого раздела.Используйте команду FSAN для включения опции анализа твердо жидкого взаимодействия.Команда FSAN,OFF отключает эту опцию (по умолчанию опция анализа твердо жидкоговзаимодействия выключена).Используйте команду FSOR для установки последовательности анализа жидкости и твердойчасти модели. Для того, чтобы выполнить первым анализ жидкости выполните команду соследующими аргументами FSOR,FLUID,SOLID.

По умолчанию анализ жидкости следует заанализом твердой части модели. Физика задачи определяет порядок решения. Наиболеесущественно влияющий на решение анализ должен быть выполнен в первую очередь.Используйте команду FSTR для задания типа анализа (стационарный, нестационарный). Поумолчанию задан нестационарный анализ.

Команда FSTR имеет более высокий приоритет,чем команды ANTYPE или FLDATA1.Команда FSIN используется для определения метода интерполяции для передачи нагрузкичерез границу твердо жидкого раздела.Для того, чтобы определить какой из двух методов интерполяции необходимо использовать,придерживайтесь следующих руководящих принципов:Консервативная интерполяция:••Элементы низкого порядка, как на стороне жидкости, так и на стороне твердой частимодели.Количество узлов на стороне жидкой части модели превышает количество узлов настороне твердой части модели.Неконсервативная интерполяция:••Элементы высокого порядка на стороне твердой части модели.Количество узлов на стороне твердой части модели превышает количество узлов настороне жидкости.GUI эквиваленты приведенных команд:GUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>OptionsMain Menu>Solution>FSI Set Up>Options3.4.3.2.

Задание времени окончания анализа и временного шага.Необходимо определить время окончания анализа и значение временного шага для анализатвердо жидкого взаимодействия. Для задания времени окончания анализа используйтекоманду FSTI. Значение времени окончания анализа должно быть кратно величине386временного шага. Последовательный слабосопряженный метод поддерживает толькопостоянный шаг приращения времени. По умолчанию приращение временного шага и времяокончания анализа равны единице.Для задания времени окончания анализа используйте следующее:Команда:FSTIGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>TimeMain Menu>Solution>FSI Set Up>TimeДля задания шага временного приращения:Команда:FSDTGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>TimeMain Menu>Solution>FSI Set Up>TimeВы должны также задать шаг временного приращения для анализа твердой и жидкой частеймодели используя команды DELTIM and FLDATA4,TIME,STEP,Value соответственно.

Шагвременного приращения для анализа твердой и жидкой частей модели должен быть меньшеили равен шагу временного приращения для твердо жидкостного анализа. Анализ твердожидкого взаимодействия итерирует между анализом жидкости и твердого тела так, чтонагрузка передается через границу твердо жидкого раздела через приращения времени,заданное командой FSDT.3.4.3.3. Задание максимального количества итераций.Вы должны установить максимальное количество итераций между анализом жидкости итвердой части модели.

Этот параметр используется на каждом временном шаге в анализетвердо жидкого взаимодействия. В конце каждого итерационного цикла слабосопряженныйалгоритм проверяет сходимость параметров, передаваемых через границу раздела. Анализпереходит на следующий временной шаг в том случае, если сошлись параметры,передаваемые через границу раздела или в случае достижения максимального количестваитераций.Для установки максимального количества итераций используйте следующее:Команда:FSITGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>Iterations387Main Menu>Solution>FSI Set Up>IterationsПо умолчанию выставлено 10 итераций.3.4.3.4.

Определение величин сходимости.Необходимо задать нормы сходимости для параметров, передаваемых через границу разделажидкой и твердой частей модели. Интерполяционный алгоритм (консервативный илинеконсервативный) определяет параметры, передаваемые через границу твердо жидкогораздела.Для задания нормы сходимости используйте следующее:Команда:FSCOGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>ConvergenceMain Menu>Solution>FSI Set Up>ConvergenceПо умолчанию величина сходимости равна 0.0001.Показатель сходимости.Показатель сходимости для параметров границы раздела вычисляется следующим образом:Conv = log (εx/εmin)/(log εmax/εmin)где:εx = L2 норма каждого параметра, передаваемого через границу твердо жидкого раздела.εmin = критерий сходимости, задаваемый командой FSCOεmax = пороговая величина расхождения (для вычислений принимается равной 100)Показатель сходимости используется для нормирования критерия сходимости для каждогопараметра, передаваемого через границу раздела.

Сходимость для параметра, передаваемогочерез границу твердо жидкого раздела определяется по следующим условиям:Когда εx ≤ εmin, Conv ≤ 0 и удовлетворен критерий сходимости.Когда εx ≥ εmax, Conv ≥ 1 и решение расходится.3.4.3.5. Задания частоты сохранения результатов расчета.Вы имеете возможность сохранять выходные данные каждый временной шаг или каждый Nый временной шаг. Выходные данные с заданной частотой записываются в файл результатованализа жидкости (Jobname.RFL) и в файл результатов анализа твердой части модели(Jobname.RST или Jobname.RTH).388Для установки частоты сохранения выходных данных используйте следующее:Команда:FSOUGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>ConvergenceMain Menu>Solution>FSI Set Up>ConvergenceВы можете использовать команды FLDATA2, FLDATA4, FLDATA4A, FLDATA5, илиOUTRES для установки частоты записи выходных данных как для анализа жидкости, так идля анализа твердой части модели.

Команда задания частоты сохранения выходных данныхFSOU перезаписывает частоту сохранения, заданную другими командами.3.4.3.6. Установка величин релаксации.Можно установить значения релаксации для нагрузки, смещения, температуры и плотноститеплового потока, передаваемого через границу раздела жидкости с твердой частью модели.Если вы задали одну итерацию для каждого временного шага анализа твердо жидкоговзаимодействия, то следует установить для всех параметров значение релаксации равное 1.0.Для задания значений релаксации используйте следующее:Команда:FSREGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>RelaxationMain Menu>Solution>FSI Set Up>Relaxation3.4.3.7.

Составление списка опций решения.Для проверки состояния опций анализа твердо жидкого взаимодействия, используйтеследующее:Команда:FSSTGUI:Main Menu>Preprocessor>FSI Set Up>StatusMain Menu>Solution>FSI Set Up>Status3.4.4. Получение решения.Для запуска решения используйте следующую команду:Команда:389SOLVEGUI:Main Menu>Solution>Current LSМожно повторно запустить анализ твердо жидкого взаимодействия с последнего временногошага:Команда:FSRSGUI:Main Menu>Solution>FSI Set Up>RestartПримечаниеАнализ твердо жидкого взаимодействия не поддерживает мультифреймовыйрестарт доступный в структурном анализе.3.4.5. Постобработка результатов.Для постобработки результатов анализа твердо жидкого взаимодействия нужно возобновитьбазу данных. Можно просмотреть результаты, используя стандартные команды ANSYSPOST1 и POST26.

Не поддерживается одновременная постобработка результатов анализажидкости и анализа твердой части модели. Результаты анализа жидкости сохраняются вфайле Jobname.RFL и результаты анализа твердой части модели сохраняются в файлеJobname.RST или Jobname.RTH. Информацию по постобработке смотрите в An Overview ofPostprocessing в ANSYS Basic Analysis Guide.3.5. На заметку.Существует несколько моментов о которых не следует забывать:•••••Трехмерные элементы, приведенные выше в таблицах структурных, тепловых исопряженных элементов поддерживают граничные условия поверхности разделажидкости с твердым телом.

Модель может иметь объемные элементы, неприведенные в указанных таблицах, но эти элементы не должны контактировать сграницей раздела.Оболочечные и балочные элементы не могут иметь элементы жидкости с обеихсторон.Решатель DDS не поддерживает анализ твердо жидкого взаимодействия.Для задач, требующих небольшую сжимаемость в жидкой области, вы можете задатьмодуль объемного сжатия жидкости, используя команду FLDATA16,BULK,BETA.Для ослабления колебаний структурной области задайте конструкционноедемпфирование для твердой области модели, используя команды ALPHAD andBETAD.3903.6. Простой двумерный анализ твердо жидкоговзаимодействия (пакетный или командный метод).3.6.1.

Постановка задачи.В данном примере рассматривается твердо жидкое взаимодействие в простом поршне снеоднородной конечно элементной сеткой на границе раздела. Движение поршняописывается синусоидальным законом. Рисунок демонстрирует к/э сетку и граничныеусловия. Необходимо определить распределение скорости и смещений на стороне жидкости.Простой поршень.3.6.2. Исходные данные.Размеры поршня и цилиндра:Длина цилиндра = 1.0Диаметр цилиндра = 0.25Высота поршня = 0.10Свойства твердого материала:Модуль Юнга = 1.0e11Плотность = 10Коэффициент Пуассона = 0.3Свойства жидкости:Модуль объемного сжатия = 10000Плотность = 1.0Вязкость = 0.001Теплопроводность = 1.0Теплоемкость = 1.0Движение поршня синусоидальное с максимальным смещением равным 0.85.3.6.3.

Результаты.Смещение жидкости391Скорость жидкости3.6.4. Листинг программы./BATCHMAXDISP = 0.85*DEL,_FNCNAME*DEL,_FNCMTID*DEL,_FNC_C1*DEL,_FNC_C2*SET,_FNCNAME,'uxdsp'*DIM,_FNC_C1,,1*DIM,_FNC_C2,,1*SET,_FNC_C1(1),MAXDISP392*SET,_FNC_C2(1),2.5! /INPUT,time.func*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,4,1! Начало уравнения: a*sin(omega*{TIME})%_FNCNAME%(0,0,1)= 0.0, -999%_FNCNAME%(2,0,1)= 0.0%_FNCNAME%(3,0,1)= %_FNC_C1(1)%%_FNCNAME%(4,0,1)= %_FNC_C2(1)%%_FNCNAME%(5,0,1)= 0.0%_FNCNAME%(6,0,1)= 0.0%_FNCNAME%(0,1,1)= 1.0, -1, 0, 1, 18, 3,%_FNCNAME%(0,2,1)= 0.0, -1, 9, 1, -1, 0,%_FNCNAME%(0,3,1)=0, -2, 0, 1, 17, 3,%_FNCNAME%(0,4,1)= 0.0, 99, 0, 1, -2, 0,! Конец уравнения: a*sin(omega*{TIME})!-->/PREP7ET,1,141KEYOPT,1,4,1ET,2,42RECT,0.1,1.0,,0.25TYPE,1LESIZE,4,,,4LESIZE,2,,,4LESIZE,1,,,8LESIZE,3,,,8ALLSELAMESH,ALLALLSEL,BELOW,AREANSEL,R,LOC,X,0.1SF,ALL,FSIN,1ALLSEL,BELOW,AREANSEL,R,LOC,X,1D,ALL,UX,0D, ALL, UY,0D, ALL, PRES,0ALLSEL, BELOW, AREANSEL,R,LOC,Y,0D, ALL, UY,0D, ALL, VY,0ALLSEL, BELOW, AREANSEL,R,LOC,Y,0.25D,ALL,UY,0D,ALL,VY,0ALLSELRECT,,0.1,,0.25LESIZE,5,,,2LESIZE,7,,,2LESIZE,8,,,4LESIZE,6,,,4TYPE,2MAT,1ALLSELASEL,S,,,2ALLSEL,BELOW,AREAAMESH,ALLALLSEL,BELOW,AREANSEL,R,LOC,X,0.1SF,ALL,FSIN,1ALLSEL,BELOW,AREANSEL,R,EXTD,ALL,UX,%uxdsp%D,ALL,UY,0ALLSEL10-10393! Свойства твердого материалаMP,EX,1,2.0E11MP,DENS,1,7800MP,PRXY,1,0.3FLDATA1,SOLU,FLOW,1FLDATA1,SOLU,TEMP,0FLDATA1,SOLU,TRAN,1FLDATA1,SOLU,ALE,1FLDATA2,TIME,GLOB,10,! Свойства жидкостиFLDATA7,PROT,DENS,AIR-SIFLDATA7,PROT,VISC,AIR-SIFINISH/SOLUFSAN,ONFSCO,ALL,1.0e-2FSRE,ALL,1.0FSOU,1DELTIM,0.0125FLDA, TIME, STEP, 0.0125FSIT, 10FSTI, 1.0FSDT,0.0125FSOR,SOLIDпервый)FSTR,SOLID,FSTR,FLUID,SAVESOLVESAVEFINISH/SOLUFSRS,TIME,1.0FSTI,1.25FSDT,0.0125SOLVESAVEFINISH/POST26FILE,,rflNSOL,2,23,UXNSOL,3,23,VXPRVAR,2PLVAR,2PRVAR,3PLVAR,3FINISH!!!!!!!!!!включение FSI анализасходимость для всех параметров границы разделарелаксация для всех параметров границы разделачастота сохранения выходных данныхприращение времени для SOLID анализаприращение времени для FLUID анализачисло итераций для каждого временного шагавремя окончания сопряженного анализаприращение времени для сопряженного анализапорядок решения сопряж-го анализа (SOLID! нестационарный анализ для SOLID! нестационарный анализ для FLUID! время рестарта для сопряженного анализа! время окончания сопряженного анализа! приращение времени для сопряженного анализа3.7.