ABAQUS空氣彈簧基于表面的流體模型.doc

《ABAQUS空氣彈簧基于表面的流體模型.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《ABAQUS空氣彈簧基于表面的流體模型.doc（31頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 11.5基于表面的流體模型 ? “基于流體腔表面：概述，“第11.5.1 ? “液腔的定義，“第11.5.2 ? “流體交換的定義，“部分11.5.3 ? “打氣筒的定義，”部分11.5.4  11.5.1 surface-based流體腔：概述 概述 基于表面的充液腔是由： ? 用標(biāo)準(zhǔn)有限元法對(duì)充液結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模； ? 利用表面定義來提供充液結(jié)構(gòu)的變形和流體在結(jié)構(gòu)腔邊界上施加的壓力之間的耦合； ? 定義流體行為； ? 使用流體交換定義來模擬流體在腔和環(huán)境之間或多個(gè)腔之間的流動(dòng)； ? 使用充氣器定義

2、將氣體混合物注入流體腔以模擬汽車安全氣囊的膨脹。 基于表面的流體腔能力可以用來模擬液體或充氣結(jié)構(gòu)。它取代了基于元件的靜液腔能力的功能，不需要用戶定義流體或流體鏈接元素。 介紹 在某些應(yīng)用中，可能需要預(yù)測(cè)充液或A的機(jī)械響應(yīng)。 充氣結(jié)構(gòu)。例如壓力容器，液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 汽車安全氣囊。解決此類應(yīng)用程序的一個(gè)主要困難是 結(jié)構(gòu)變形與含流體對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力。 圖1說明了一個(gè)簡(jiǎn)單的–11.5.1對(duì)系統(tǒng)外部進(jìn)行流體填充結(jié)構(gòu)的例子 荷載.結(jié)構(gòu)的響應(yīng)不僅取決于外部載荷，還取決于壓力。 由流體施加的，而流體又受結(jié)構(gòu)變形的影響?；诒砻? 流體腔能力提供了分析腔體可以使用的情況所需的耦合

3、。 假設(shè)完全由具有相同性質(zhì)和狀態(tài)的流體填充。應(yīng)用與意義 空腔內(nèi)的空間變化不能用這個(gè)特性建模。例如，考慮 流體-結(jié)構(gòu)相互作用和耦合Eulerian Lagrangian能力的應(yīng)用涉及 晃動(dòng)和波傳播通過流體（見“歐拉分析，“第14.1.1條；“流體結(jié)構(gòu) 互動(dòng)”中的“協(xié)同仿真：概述，“第17.1.1；和“流體結(jié)構(gòu)的協(xié)同仿真和 共軛傳熱，”部分17.3.2）。 離散液腔 流體腔的邊界由一個(gè)基于單元的表面定義，表面法線指向 腔內(nèi)。底層元素可以是標(biāo)準(zhǔn)的固體或結(jié)構(gòu)元素，也可以是 表面元素。表面元素可以用來模擬結(jié)構(gòu)中的空洞或填充剛性區(qū)域。 在剛性或其他承載元素不存在（見“表面

4、元素，”部分32.7.1）。護(hù)理 當(dāng)使用表面元素，使節(jié)點(diǎn)完全被唯一的表面包圍時(shí)，必須使用該元素。 元素有適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。 considertheexamplepresentedinfigure11.5.1–1。solidelementsaredefinedonthetopandsideof 圖2表明，腔–11.5.1。在底部剛性邊界上定義了一個(gè)曲面單元。 沒有標(biāo)準(zhǔn)元素存在的空洞。節(jié)點(diǎn)位于對(duì)稱軸的交點(diǎn)處。 腔的下剛性邊界必須被約束在r和z方向是因?yàn)樗? 僅與表面元素相連接。定義空腔的表面是基于底層固體和 表面元素。 在Abaqus中，可以將額外的用戶定義卷添加到實(shí)際或幾何體中。

5、 空腔體積。如果腔的邊界不是由一個(gè)基于單元的表面定義的，流體 腔被假定有一個(gè)固定的體積等于附加的體積。 定義空腔參考節(jié)點(diǎn)的位置 一個(gè)被稱為空腔參考節(jié)點(diǎn)的單一節(jié)點(diǎn)與流體腔相關(guān)聯(lián)。這一腔的參考 nodehasasingledegreeoffreedom representingthepressureinsidethefluidcavity。thecavityreference 節(jié)點(diǎn)也用于計(jì)算腔體體積。 如果空腔不受對(duì)稱平面的約束，則定義空腔的表面必須完全。 封閉空腔以確保其容積的正確計(jì)算。在這種情況下，空腔的位置 參考節(jié)點(diǎn)是任意的，不必在空腔內(nèi)。 如果由于對(duì)稱性，只有空腔

6、邊界的一部分用標(biāo)準(zhǔn)元素建模， 腔參考節(jié)點(diǎn)必須位于對(duì)稱平面或軸線（圖11.5.1–2）。如果多個(gè) 對(duì)稱平面存在，腔參考節(jié)點(diǎn)必須位于對(duì)稱的交點(diǎn)上。 飛機(jī)（圖11.5.1–3）。對(duì)于軸對(duì)稱分析，空腔參考節(jié)點(diǎn)必須位于 對(duì)稱軸。這些要求是流體腔未完全封閉的結(jié)果。 定義空腔的表面。 有限元計(jì)算 采用體積元法對(duì)基于表面的空腔進(jìn)行有限元計(jì)算。 在“流體靜壓計(jì)算描述，“ABAQUS理論指導(dǎo)第3.8.1。體積 腔的元素是由Abaqus利用表面小面幾何和 你定義的空洞參考節(jié)點(diǎn)。在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中，表面刻面用 以下元素類型：fax2和F2D2（這是線性，兩級(jí)，軸對(duì)稱和平面元素，

7、分別）和f3d3和f3d4（這是線性的，分別為3 - 4節(jié)點(diǎn)三維元素，）。Abaqus的二階刻面進(jìn)一步細(xì)分為多個(gè)線性面或 元素. 液腔的行為 流體填充腔中的流體的行為可以基于液壓或 氣動(dòng)模型。水力模型可以模擬幾乎不可壓縮的流體行為。 Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中的不可壓縮行為。通過定義一個(gè)體積來引入壓縮性。 模量。氣動(dòng)模型是以理想氣體為基礎(chǔ)的。氣體可以由多個(gè)物種來定義。 在ABAQUS /顯式中，你可以指定氣體的溫度，或者根據(jù) 絕熱行為假設(shè)。具有絕熱溫度更新的多物種理想氣體是 汽車安全氣囊的合適模型。 模腔流入或流出的模型 ABAQUS中有許多方法來模擬流體進(jìn)出腔。流量

8、可以是 specifiedasaprescribedmassorvolumefluxhistoryorcanmodelphysicalmechanismsduetoapressure differentialsuchasventingthroughanexhaustorificeorleakagethroughaporousfabric。fluidexchange 定義用于此目的，可以模擬流體腔與其周圍環(huán)境之間的流動(dòng)。 兩液腔之間（見“流體交換的定義，“部分11.5.3，詳情）。此外, ABAQUS/Explicit有能力模型充氣機(jī)用于汽車安全氣囊的展開。 可以直接指定充氣器上的條

9、件，也可以使用罐試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見“充氣機(jī)定義”）。 第11.5.4，詳情）。 模擬多室 許多充液系統(tǒng)，如氣囊，有多個(gè)腔室，流體在腔室之間通過孔或織物泄漏流動(dòng)。 在其他情況下，將一個(gè)單獨(dú)的物理室分割成多個(gè)腔室，并用假想的壁來模擬整個(gè)物理室的壓力梯度是有利的。 一些虛擬泄漏機(jī)制通過室間墻可以被定義以獲得合理的行為。 當(dāng)模擬氣囊的復(fù)雜展開時(shí)，這可能是一種有用的建模技術(shù)。 為了模擬多個(gè)腔室，為每個(gè)腔室定義一個(gè)流體腔，并將流體腔與適當(dāng)?shù)牧黧w交換定義聯(lián)系起來。 平均性能的多室模型可以輸出如果要求（見“液腔的定義，“第11.5.2，詳情）。 在動(dòng)態(tài)過程中定義流體慣性 流體腔內(nèi)的流體慣

10、性或空穴之間流體交換的慣性不會(huì)自動(dòng)考慮在內(nèi)。 為了增加慣性效應(yīng)，在腔體邊界上使用質(zhì)量單元。 你應(yīng)該確?？偟母郊淤|(zhì)量相當(dāng)于腔中流體的質(zhì)量，質(zhì)量元素的分布是結(jié)構(gòu)承受荷載的分布流體質(zhì)量的合理表示。 只有流體慣性的整體效應(yīng)可以被建模；腔中的均勻壓力假設(shè)使得不可能模擬任何壓力梯度驅(qū)動(dòng)的流體運(yùn)動(dòng)。 因此，該方法假定激勵(lì)的時(shí)間尺度與流體的典型響應(yīng)時(shí)間相比非常長。 涉及空腔邊界的接觸模擬 如果從空腔中取出大量流體或圍繞空腔的材料是非常靈活的，空腔可以部分塌陷，并且空腔壁的部分可以彼此接觸。 通過使用Abaqus現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來模擬接觸，可以有效地處理空腔壁的自接觸和與周圍結(jié)構(gòu)的接觸。 AB

11、AQUS/Explicit也能說明堵塞流出由于接觸表面的空腔（見“占堵塞由于接觸界面”中的“體液交換的定義，“部分11.5.3）。 解釋負(fù)特征值消息 在某些應(yīng)用程序中，在求解過程中會(huì)遇到負(fù)本征值。 這些負(fù)的本征值并不一定意味著超過了分叉或屈曲載荷。 如果預(yù)測(cè)響應(yīng)似乎是合理的，這些消息可以忽略。 詳細(xì)描述如何負(fù)特征值可以開發(fā)靜壓流體元問題的解決在“流體靜壓的計(jì)算方法中，“ABAQUS理論指導(dǎo)第3.8.1。 程序 基于表面的流體腔的能力可以用在除了耦合孔隙流體擴(kuò)散/應(yīng)力分析程序以外的任何程序（見“耦合孔隙流體擴(kuò)散和應(yīng)力分析，“部分6.8.1）。 初始條件 初始流體壓力

12、和溫度可指定（見“初始條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explicit”部分34.2.1）。 對(duì)于理想氣體，初始?jí)毫Ρ硎靖哂诨虺^環(huán)境壓力的壓力表。 初始溫度應(yīng)在所使用的溫標(biāo)中給出。絕對(duì)零度的溫度范圍，對(duì)于理想氣體另行規(guī)定（見“液腔的定義，“第11.5.2）。 如果膜元件作為流體腔的基本元素，參考網(wǎng)格（IMM）也可以指定（見“初始條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explicit”部分34.2.1）。 邊界條件 空腔參考節(jié)點(diǎn)的自由度（自由度8）是問題的主要變量。 因此，可以通過定義邊界條件的規(guī)定（見“邊界條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explici

13、t”部分34.3.1），其方式類似于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移可以規(guī)定。 處方的壓力腔參考節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于施加均勻壓力腔邊界采用分布式負(fù)載定義（見“分布載荷，”部分34.4.3）。 如果壓力是用邊界條件規(guī)定的，則流體體積自動(dòng)調(diào)節(jié)以填充空腔（即，流體被假定為進(jìn)入并離開所需的腔以維持規(guī)定的壓力）。 這種行為對(duì)于在引入流體作用之前變形的空腔是有用的。在隨后的步驟中您可以刪除在自由的壓力程度的邊界條件（參見拆卸邊界條件”在“邊界條件在Abaqus / CFD，”部分34.3.2），因此“封”與當(dāng)前的流體體積的腔。 荷載 分布式壓力和身體的力量，以及集中的節(jié)點(diǎn)力，可應(yīng)用于充滿液體的結(jié)構(gòu)，如在集中荷載描述”部分

14、34.4.2，和“分布載荷，”部分34.4.3。 預(yù)定義場(chǎng) 預(yù)定義的溫度場(chǎng)和用戶自定義場(chǎng)變量可以為充滿液體的結(jié)構(gòu)和封閉的流體的定義，如“預(yù)定義場(chǎng)描述”部分34.6.1。 溫度 流體溫度可在所有的指定參考節(jié)點(diǎn)腔預(yù)定義的字段（見“預(yù)定義溫度”在“預(yù)定義字段，”部分34.6.1），除非一個(gè)絕熱過程是指定或耦合溫度位移程序是用。 應(yīng)用和初始溫度之間的任何差異都會(huì)引起氣動(dòng)流體的熱膨脹，如果給定熱膨脹系數(shù)，則會(huì)對(duì)液壓流體產(chǎn)生熱膨脹。 一個(gè)特定的溫度場(chǎng)也可以影響溫度相關(guān)的材料性質(zhì)，如果有的話，對(duì)于流體填充的結(jié)構(gòu)和封閉流體。 場(chǎng)變量 用戶定義的字段變量的值可以在所有腔參考節(jié)點(diǎn)指定（見“預(yù)定

15、義場(chǎng)變量”中的“預(yù)先定義的領(lǐng)域，”部分34.6.1）。這些值將影響封閉流體的場(chǎng)變量相關(guān)的材料性質(zhì)。 輸出 腔內(nèi)流體狀態(tài)可利用節(jié)點(diǎn)輸出變量度和cvol歷史輸出，代表測(cè)量流體的壓力和容積，分別。 在穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)程序的大小和流體壓力的相位角可以得到節(jié)點(diǎn)變差。 ABAQUS/Explicit還提供了把腔溫度、腔的表面積，和流體質(zhì)量（節(jié)點(diǎn)輸出變量ctemp，csarea，和cmass，分別）。 輸出變量ctemp僅當(dāng)理想氣體模型是在絕熱條件下使用。 如果節(jié)點(diǎn)設(shè)置為輸出的要求是包含一個(gè)以上的液腔，歷史的平均流體壓力、總體積、流體平均溫度，和所有的外腔的表面區(qū)域，和這些空腔的總質(zhì)量也提出了利用

16、節(jié)點(diǎn)輸出變量apcav，tcvol，actemp，tcsarea，和tcmass，分別。 在Abaqus /明確，當(dāng)模型包括流體交換的定義，利用節(jié)點(diǎn)輸出變量CMFL和cmflt獲得的總流量和累計(jì)流量的歷史輸出一腔創(chuàng)面肉芽和ceflt獲得的總熱流量和累計(jì)流量歷史熱能輸出腔。如果為一個(gè)空腔定義了不止一種流體交換，那么質(zhì)量或熱能流量和累積的質(zhì)量或熱能流的時(shí)間歷程就會(huì)從 每個(gè)流體交換腔也將被輸出。 如果流體腔是由一個(gè)混合理想氣體模型，分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各流體的物種內(nèi)流體腔時(shí)程可以利用節(jié)點(diǎn)輸出變量CMF獲得。 如果使用充氣器，利用節(jié)點(diǎn)輸出變量minfl，minflt，和tinfl獲得質(zhì)量流量的歷史，

17、積累了大量的流量，和每一個(gè)打氣筒充氣溫度定義（見“ABAQUS/Explicit輸出變量標(biāo)識(shí)符，“4.2.2節(jié)）。 輸入文件模板 流體靜力學(xué)分析： * HEADING … * FLUID CAVITY, NAME=cavity_name, BEHAVIOR=behavior_name, REF NODE=cavity_reference_node, SURFACE=surface_name * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name * FLUID DENSITY Data line to define density * FLUID BU

18、LK MODULUS Data line to define bulk modulus * FLUID EXPANSION Data line to define thermal expansion ** * FLUID EXCHANGE, NAME=exchange_name, PROPERTY=exchange_property_name cavity_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=exchange_property_name, TYPE=MASS FLUX Data line to define mass f

19、low rate per unit area ** * INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE Data line to define initial temperature * INITIAL CONDITIONS, TYPE=FLUID PRESSURE Data line to define initial pressure ** * STEP ** * TEMPERATURE Data line to define temperature * FLUID EXCHANGE ACTIVATION exchange_name **

20、 * END STEP *標(biāo)題 … *液腔，名稱= cavity_name，行為= behavior_name， 參考節(jié)點(diǎn)= = surface_name cavity_reference_node，表面 *流體的行為，behavior_name名稱= *流體密度 定義密度的數(shù)據(jù)線 流體體積模量 定義體積模量的數(shù)據(jù)線 *流體膨脹 定義熱膨脹的數(shù)據(jù)線 * * *體液交換，名字= exchange_name，產(chǎn)權(quán)= exchange_property_name cavity_reference_node *流體交換性能、名稱= exchange_property_n

21、ame，類型=質(zhì)量通量 確定單位面積質(zhì)量流量的數(shù)據(jù)線 * * *初始條件，類型=溫度 確定初始溫度的數(shù)據(jù)線 *初始條件，類型=流體壓力 確定初始?jí)毫Φ臄?shù)據(jù)線 * * *步 * * *溫度 定義溫度的數(shù)據(jù)線 *流體交換活化 exchange_name * * *結(jié)束步驟 用理想氣體混合的氣囊分析： * HEADING … * FLUID CAVITY, NAME=chamber_1, MIXTURE=MOLAR FRACTION, ADIABATIC, REF NODE=chamber_1_reference_node, SURFACE=sur

22、face_name_1 blank line Oxygen, 0.2 Nitrogen, 0.75 Carbon_dioxide, 0.05 ** * FLUID CAVITY, NAME=chamber_2, BEHAVIOR=Air, ADIABATIC, REF NODE=chamber_2_reference_node, SURFACE=surface_name_2 blank line ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Air * CAPACITY, TYPE=POLYNOMIAL Data line to define heat capac

23、ity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Oxygen * CAPACITY, TYPE=POLYNOMIAL Data line to define heat capacity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Nitrogen * CAPACITY, TYPE=PO

24、LYNOMIAL Data line to define heat capacity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Carbon_dioxide * CAPACITY, TYPE=POLYNOMIAL Data line to define heat capacity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FL

25、UID INFLATOR, NAME=inflator, PROPERTY=inflator_property chamber_1_reference_node * FLUID INFLATOR PROPERTY, NAME=inflator_property, TYPE=TEMPERATURE AND MASS Data lines to define mass flow rate and gas temperature * FLUID INFLATOR MIXTURE, TYPE=MOLAR FRACTION, NUMBER SPECIES=2 Carbon_dioxide,

26、Nitrogen Table to define molecular mass fraction ** * FLUID EXCHANGE, NAME=exhaust, PROPERTY=exhaust_behavior chamber_1_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=exhaust_behavior, TYPE=ORIFICE Data line to specify orifice behavior * FLUID EXCHANGE, NAME=leakage_1, PROPERTY=fabric_behavio

27、r chamber_1_reference_node * FLUID EXCHANGE, NAME=leakage_2, PROPERTY=fabric_behavior chamber_2_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=fabric_behavior, TYPE=FABRIC LEAKAGE Data line to specify fabric leakage behavior ** * FLUID EXCHANGE, NAME=chamber_wall, PROPERTY=wall_behavior, EFF

28、ECTIVE AREA= chamber_1_reference_node, chamber_2_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=wall_behavior, TYPE=ORIFICE Data line to specify orifice behavior ** * AMPLITUDE, NAME=amplitude_name Data line to define amplitude variations * PHYSICAL CONSTANTS, UNIVERSAL GAS CONSTANT= ** * I

29、NITIAL CONDITIONS, TYPE=FLUID PRESSURE Data line to define initial pressure * INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE Data line to define initial temperature ** * STEP ** * FLUID EXCHANGE ACTIVATION exhaust, leakage_1, leakage_2, chamber_wall * FLUID INFLATOR ACTIVATION, INFLATION TIME AMPLITU

30、DE=amplitude_name inflator ** * END STEP *標(biāo)題 … *液腔，名稱= chamber_1，混合=摩爾分?jǐn)?shù)，絕熱， 參考節(jié)點(diǎn)= = surface_name_1 chamber_1_reference_node，表面 空白行 氧氣，0.2 氮，0.75 carbon_dioxide，0.05 * * *液腔，名稱= chamber_2，行為=空氣絕熱， 參考節(jié)點(diǎn)= = surface_name_2 chamber_2_reference_node，表面 空白行 * * *流體行為，名稱=空氣 *容量，類型=多項(xiàng)式 定義

31、熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *流體行為，名稱=氧氣 *容量，類型=多項(xiàng)式 定義熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *流體行為，名稱=氮?dú)? *容量，類型=多項(xiàng)式 定義熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *流體的行為，carbon_dioxide名稱= *容量，類型=多項(xiàng)式 定義熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *液充氣，充氣inflator_property屬性名稱=，= chamber_1_reference_node *流體的充氣性能，名稱= in

32、flator_property， 類型=溫度和質(zhì)量 確定質(zhì)量流量和氣體溫度的數(shù)據(jù)線 *流體充氣混合物，類型=摩爾分?jǐn)?shù)，種數(shù)= 2 carbon_dioxide，氮 分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)表 * * *體液交換，名稱=排氣，產(chǎn)權(quán)= exhaust_behavior chamber_1_reference_node *流體交換性能、名稱= exhaust_behavior，類型=口 指定管口行為的數(shù)據(jù)線 *體液交換，名字= leakage_1，產(chǎn)權(quán)= fabric_behavior chamber_1_reference_node *體液交換，名字= leakage_2，產(chǎn)權(quán)= f

33、abric_behavior chamber_2_reference_node *流體交換性能、名稱= fabric_behavior，類型=織物泄漏 指定織物泄漏行為的數(shù)據(jù)線 * * *體液交換，名字= chamber_wall，產(chǎn)權(quán)= wall_behavior， 有效面積= chamber_1_reference_node，chamber_2_reference_node *流體交換性能、名稱= wall_behavior，類型=口 指定管口行為的數(shù)據(jù)線 * * *振幅，名稱= amplitude_name 定義振幅變化的數(shù)據(jù)線 *物理常數(shù)，通用氣體常數(shù)= *

34、 * *初始條件，類型=流體壓力 確定初始?jí)毫Φ臄?shù)據(jù)線 *初始條件，類型=溫度 確定初始溫度的數(shù)據(jù)線 * * *步 * * *流體交換活化 排氣，leakage_1，leakage_2，chamber_wall *流體充激活，通脹幅度= amplitude_name 打氣筒 * * *結(jié)束步驟  11.5.2液腔的定義 產(chǎn)品：ABAQUS／標(biāo)準(zhǔn) ABAQUS／顯式 ABAQUS /CAE 參考資料 ? “基于流體腔表面：概述，“第11.5.1 ? “流體交換的定義，“部分11.5.3 ?*能力 *流體行為 流體體

35、積模量 *流體腔 流體密度 分子量 ? “定義流體腔相互作用，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.13.11，本指南中的HTML版本 ? “定義流體腔相互作用特性，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.14.4，本指南中的HTML版本 概述 一種基于表面的流體腔： ? 可以用來模擬充液或充氣的結(jié)構(gòu)； ? 與一個(gè)稱為空腔參考節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)； ? 通過指定一個(gè)完全包圍空腔的表面來定義； ? 僅適用于在任何時(shí)間點(diǎn)內(nèi)流體在特定空腔內(nèi)的壓力和溫度均勻的情況； ? 可以用理想氣體混合物在絕熱條件下的假設(shè)來模擬安全氣囊； ? 有一個(gè)名稱，可以用來標(biāo)識(shí)與該腔相

36、關(guān)聯(lián)的歷史輸出。 1定義流體腔 必須將名稱與每個(gè)流體腔相關(guān)聯(lián)。 使用輸入文件： * FLUID CAVITY, NAME=name 使用ABAQUS / CAE： 相互作用模塊：Create Interaction : Fluid cavity , Name : name 1.1 指定空腔參考節(jié)點(diǎn) 每個(gè)流體腔都必須有一個(gè)相關(guān)的腔參考節(jié)點(diǎn)。 與流體腔名稱一起，參考節(jié)點(diǎn)用于識(shí)別流體腔。 此外，還可以通過流體交換和充氣器定義來參考。 參考節(jié)點(diǎn)不應(yīng)連接到模型中的任何元素。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, REF

37、NODE=n Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : select the fluid cavity reference node 1.2 指定流體腔的邊界 流體腔必須完全封閉的有限元建模除非對(duì)稱面（見“基于表面的流體腔：概述，“第11.5.1）。 表面元素可用于非結(jié)構(gòu)的空腔表面的部分。 空腔的邊界是用一個(gè)基于單元的表面來描述的，該表面覆蓋包圍空腔的元素，表面法線指向內(nèi)部。 默認(rèn)情況下，如果表面的底層元素沒有一致的法線，就會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤消息。 或者，也可以跳過對(duì)表面

38、法線的一致性檢查。 Input File Usage: 使用下面的選項(xiàng)定義具有一致正常檢查的表面： * FLUID CAVITY, SURFACE=surface_name, CHECK NORMALS=YES 使用下面的選項(xiàng)定義表面沒有一致的法線檢查: * FLUID CAVITY, SURFACE=surface_name, CHECK NORMALS=NO Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : 選擇流體腔邊界面；切換或關(guān)閉檢查表面法線。 1.3

39、在流體腔中指定附加容積 可以為Abaqus /顯式流體腔指定附加容積。 當(dāng)空腔的邊界由指定的表面定義時(shí)，附加體積將被加到實(shí)際的體積中。 如果沒有指定形成流體腔邊界的表面，則流體腔被假定為具有與所添加體積相等的固定體積。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, ADDED VOLUME=r Abaqus/CAE Usage: 在Abaqus／CAE中不支持附加體積規(guī)范. 1.4 指定最小體積 當(dāng)流體腔的體積非常小時(shí)，顯式動(dòng)態(tài)過程中的瞬變會(huì)使體積變?yōu)榱闵踔霖?fù)，使有效空腔剛度值趨于無窮大。 為了避免數(shù)值問題，您可以在Abaqus中指定流體的最

40、小體積。如果腔的體積（等于實(shí)際體積加上體積）低于最小值，則用最小值來計(jì)算流體壓力。 您可以直接指定最小體積，也可以指定流體腔的初始體積。 如果使用后一種方法，流體腔的初始體積為負(fù)值，則最小體積等于零。 輸入文件用法：使用下面的選項(xiàng)直接指定最小體積： * FLUID CAVITY, MINIMUM VOLUME=minimum volume 使用以下選項(xiàng)指定最小音量等于初始體積： * FLUID CAVITY, MINIMUM VOLUME=INITIAL VOLUME Abaqus/CAE Usage:最小體積的規(guī)范不支持。 2 流體腔行為的定義 流體腔的行為支配

41、腔壓力、體積和溫度之間的關(guān)系。 Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中的流體腔只能包含一種流體。在Abaqus /Explicit，一個(gè)空洞可以包含一種液體或理想氣體的混合物。 2.1 均質(zhì)流體的流體行為 為了定義由單流體構(gòu)成的流體腔行為，指定一種流體行為來定義流體性質(zhì)。 必須將流體行為與名稱關(guān)聯(lián)起來。然后，這個(gè)名稱可以用來將某種行為與流體腔定義聯(lián)系起來。 輸入文件的使用：使用以下選項(xiàng)： * FLUID CAVITY, NAME=fluid_cavity_name, BEHAVIOR=behavior_name * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name

42、 Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity , Name : behavior_name 2.2 Abaqus /Explicit理想氣體混合的流體行為 在Abaqus /Explicit中，你可以定義一個(gè)由多種氣體組成的流體腔行為。為了定義由多種氣體組成的流體腔行為，你必須指定多種流體行為來定義流體性質(zhì)。 指定流體行為的名稱和定義混合物的初始質(zhì)量或摩爾分?jǐn)?shù)，以便將某一組行為與流體腔定義聯(lián)系起來。 輸入文件的使用：使用下面的選項(xiàng)來定義流體腔混合在初始質(zhì)量

43、分?jǐn)?shù)： * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name * FLUID CAVITY, NAME=fluid_cavity_name, MIXTURE=MASS FRACTION 面外表面的厚度（如果需要的話；否則，behavior_name空白），初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)... 使用下列選項(xiàng)定義流體腔混合在初始摩爾分?jǐn)?shù)： * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name * FLUID CAVITY, NAME=fluid_cavity_name, MIXTURE=MOLAR FRACTION 面外表面的厚度（如果需要的話；否則，b

44、ehavior_name空白），初始摩爾分?jǐn)?shù).. CAE使用：理想氣體混合物的規(guī)范不支持。 2.3 在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)里的用戶定義的流體行為 在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)的流體行為可以在用戶定義的子程序UFIELD。 Input File Usage: * FLUID BEHAVIOR, USER Abaqus/CAE Usage: 用戶子程序UFIELD不在ABAQUS/CAE支持。 3確定流體腔的環(huán)境壓力 對(duì)于氣動(dòng)流體，平衡問題一般用流體腔中的“表壓力”來表示（即，環(huán)境大氣壓力不作用于系統(tǒng)的固體和結(jié)構(gòu)部件的載荷）。 您可以選擇將規(guī)范壓力轉(zhuǎn)換為本構(gòu)定律

45、中使用的絕對(duì)壓力。 對(duì)于液壓流體，可以定義環(huán)境壓力，它可以用來計(jì)算流體腔與流體環(huán)境之間流體交換的壓力差。 在空腔參考節(jié)點(diǎn)上作為自由度8給出的壓力值是表壓力的值。 如果沒有指定環(huán)境壓力，則假定為零。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, AMBIENT PRESSURE=Pa Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : 在指定環(huán)境壓力下切換：PA 3.1 等溫過程 對(duì)于液壓油和氣動(dòng)流體在長時(shí)間的問題，合理地假設(shè)溫度恒定或周圍環(huán)境

46、的已知功能。 在這種情況下，流體的溫度可以通過指定初始條件定義（見“定義初始溫度”的初始條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explicit”部分34.2.1）和預(yù)定義的溫度場(chǎng)（見“預(yù)定義溫度”在“預(yù)定義字段，”部分34.6.1）在腔的參考節(jié)點(diǎn)。 對(duì)于氣動(dòng)流體，氣體的壓力和密度是從理想氣體定律、質(zhì)量守恒定律和預(yù)定溫度場(chǎng)計(jì)算出來的。 對(duì)于具有絕熱特性的氣動(dòng)流體，在單腔與其周圍環(huán)境之間定義熱能流時(shí)，需要環(huán)境溫度，而流動(dòng)定義是基于分析條件的。如果不指定環(huán)境溫度，則假定為零。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, AMBIENT TEMPERATURE

47、= Abaqus/CAE Usage: Specification of ambient temperature is not supported in Abaqus/CAE. 4液壓流體 用流體力學(xué)模型模擬了Abaqus／標(biāo)準(zhǔn)中幾乎不可壓縮流體行為和完全不可壓縮流體行為。 可壓縮性是通過假設(shè)線性壓力體積來引入的。 關(guān)系。 可壓縮的行為所需的參數(shù)是體積模量和參考密度。 您省略了體積模量來指定Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中完全不可壓縮的行為。 密度的溫度依賴性可以被建模為流體的熱膨脹。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, BEHAVIOR=

48、behavior_name Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Hydraulic 4.1 定義參考流體密度 參考流體密度是在零壓力和初始溫度下指定的，： nput File Usage: * FLUID DENSITY Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition

49、 : Hydraulic : Fluid density : density 4.2 可壓縮性流體體積模量的定義 壓縮系數(shù)用流體的體積模量來描述： 假定體積模量與流體密度的變化無關(guān)。然而，體積模量可以指定為溫度或預(yù)定義的場(chǎng)變量的函數(shù)。 Input File Usage: * FLUID BULK MODULUS Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Hydraulic : Fluid Bulk Modu

50、lus 標(biāo)簽頁：切換指定液體體積模量，并輸入表中的模數(shù)值。 使用以下選項(xiàng)包括溫度和場(chǎng)變量依賴：使用溫度相關(guān)數(shù)據(jù)的開關(guān)，場(chǎng)變量的數(shù)目：n 4.3 定義流體膨脹 熱膨脹系數(shù)被解釋為來自參考溫度的總膨脹系數(shù)，它可以被指定為溫度或預(yù)定義的場(chǎng)變量的函數(shù)。 由于熱膨脹引起的流體體積的變化被確定如下： a是熱膨脹系數(shù)的參考溫度。 b是熱膨脹的平均（割線）系數(shù)。 如果熱膨脹系數(shù)不是溫度或場(chǎng)變量的函數(shù)，則不需要數(shù)值。 熱膨脹也可以用流體密度來表示： nput File Usage: * FLUID EXPANSION, ZERO= Abaqus/CAE Usage: I

51、nteraction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Hydraulic : Fluid Expansion標(biāo)簽頁：: toggle on Specify fluid thermal expansion coefficients , and enter the mean coefficient of thermal expansion in the table Usethefollowingoptionstoincludetemperatureandfieldvariabledepend

52、ence: Toggle on Use temperature-dependent data , Reference temperature : , Number of field variables : n 5 氣動(dòng)流體 可壓縮流體或氣動(dòng)模型（見“理想氣體狀態(tài)方程，”部分25.2.1）。 理想氣體（理想氣體定律）的狀態(tài)方程: 絕對(duì)壓力： 氣體常數(shù)R：氣體常數(shù)R也可以從通用氣體常數(shù)和分子量MW來確定，如下所示： 是目前的溫度，z是使用的溫標(biāo)下的絕對(duì)零度。 質(zhì)量守恒給出了流體腔中質(zhì)量的變化： M是流體的質(zhì)量，是流體進(jìn)入流體腔的質(zhì)量流率，是流體腔內(nèi)的質(zhì)

53、量流量。 5.1 定義分子量 你必須指定理想氣體分子量的值，MW。 nput File Usage: * MOLECULAR WEIGHT Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Pneumatic , Ideal gas molecular weight : 5.2 指定通用氣體常數(shù)的值 您可以指定通用氣體常數(shù)的值，。 Input File Usage: * PHYSICAL CO

54、NSTANTS, UNIVERSAL GAS CONSTANT= Abaqus/CAE Usage: All modules: Model → Edit attributes → model name : Physical Constants : toggle on Universal gas constant 5.3 指定絕對(duì)零的值 您可以指定絕對(duì)零溫度的值， Input File Usage: * PHYSICAL CONSTANTS, ABSOLUTE ZERO= Abaqus/CAE Usage: All modules: Model → Edit a

55、ttributes → model name : Physical Constants : toggle on Absolute zero temperature : 5.4 絕熱過程 默認(rèn)情況下，流體溫度是由預(yù)定的溫度場(chǎng)在空腔參考節(jié)點(diǎn)上定義的。然而，對(duì)于快速事件，Abaqus /顯式流體溫度可以由絕熱過程中假定的能量守恒來確定。有了這個(gè)假設(shè)，沒有熱量的增加或刪除從腔除了運(yùn)輸通過體液交換的定義或充氣。絕熱過程通常非常適合于建模氣囊的展開。在部署過程中，氣體在高壓下從充氣機(jī)噴出，在大氣壓下膨脹。膨脹很快，沒有大量的熱量可以從空腔中擴(kuò)散出去。 Input File Usage: *

56、 FLUID CAVITY, ADIABATIC Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : Property definition : Pneumatic , toggle on Use adiabatic behavior 5.5 定義恒壓熱容 在模擬理想氣體絕熱過程時(shí)，必須規(guī)定恒壓下的熱容。 它可以被定義在多項(xiàng)式或表格的形式。多項(xiàng)式的形式是基于shomate方程，根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所。 恒壓力摩爾熱容可表示為 Abaqus/CAE Usage:

57、 Use the following option to specify the heat capacity in polynomial form: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Pneumatic , toggle on Specify molar heat capacity : Polynomial , Polynomial Coefficients : , , , , Use the following option to specify the heat

58、 capacity in tabular form: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Pneumatic : toggle on Specify molar heat capacity : Tabular : enter the molar heat capacity Use the following options to include temperature and field variable dependence in the table: Togg

59、leon Use temperature-dependent data , Number of field variables :n 6 理想氣體的混合物 ABAQUS／顯式模型可以模擬理想氣體在流體腔中的混合。理想氣體混合物的阿馬伽-部分勒杜克卷的規(guī)則是用來獲得摩爾的估計(jì)平均熱性能（Van Wylen桑塔格，1985）。 7 多流體腔的平均性質(zhì) 如果為包含多個(gè)流體腔的節(jié)點(diǎn)集請(qǐng)求腔內(nèi)流體的狀態(tài)的輸出，則多個(gè)流體腔的平均特性也將自動(dòng)輸出。 平均壓力是由體積加權(quán)空腔壓力貢獻(xiàn)來計(jì)算的。絕熱理想氣體的平均溫度是由質(zhì)量加權(quán)腔溫度貢獻(xiàn)得到的。 讓每個(gè)流體腔都有壓力、溫度、體

60、積、氣體常數(shù)和質(zhì)量。流體腔群的平均壓力被定義為： 11.5.3流體交換的定義 *流體交換 *流體交換性質(zhì) *流體交換活化 ? “vufluidexch，“ABAQUS用戶子程序段1.2.13參考指南 ? “vufluidexcheffarea，“ABAQUS用戶子程序段1.2.14參考指南 ? “定義流體交換作用，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.13.12，在 本指南的HTML版本 ? “定義流體交換相互作用特性，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.14.5， 在這個(gè)指南的HTML版本中 1 概述 流體交換定義： ? 可以用來模擬單個(gè)流體腔與

61、它的環(huán)境或兩個(gè)流體之間的流動(dòng)。 流體腔； ? 可用于規(guī)定質(zhì)量或體積的焊劑流入或流出空腔； ? 可以通過排氣孔對(duì)空腔的排氣進(jìn)行建模； ? 模型可以流過空腔壁，例如通過多孔織物滲漏嗎？； ? 可以用來規(guī)定通過傳熱的空腔表面的熱量損失； ? 可以考慮當(dāng)?shù)匚镔|(zhì)狀況； ? 可以解釋因接觸邊界面而引起的堵塞； ? 有一個(gè)名稱，可以用來識(shí)別從腔中流出的質(zhì)量流量的歷史輸出。 2 定義流體交換 流體交換能力是非常普遍的，可以用來定義進(jìn)出腔的流動(dòng)，無論是作為規(guī)定的功能還是根據(jù)分析條件產(chǎn)生的壓力差。 Abaqus／規(guī)范中的流動(dòng)行為是基于質(zhì)量流體流動(dòng)的，Abaqus／顯式的行

62、為可以基于質(zhì)量流體流動(dòng)或熱能流動(dòng)。 必須將流體交換定義與名稱關(guān)聯(lián)起來。 Input File Usage: * FLUID EXCHANGE, NAME=name Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid exchange , Name : name 2.1 單腔與其周圍環(huán)境的流動(dòng) 為了定義流體腔與其周圍環(huán)境之間的流動(dòng)，請(qǐng)指定與流體腔相關(guān)聯(lián)的單個(gè)參考節(jié)點(diǎn)。 在隨后的討論中，流體腔被稱為主腔。 當(dāng)流動(dòng)被定義為規(guī)定的函數(shù)時(shí)，流動(dòng)可以進(jìn)入或離開主腔。 如果流動(dòng)進(jìn)入空腔，則流動(dòng)的物質(zhì)

63、的性質(zhì)被假定為空腔內(nèi)物質(zhì)的瞬時(shí)性質(zhì)。 當(dāng)流動(dòng)行為建立在分析條件的基礎(chǔ)上，質(zhì)量流量只能出現(xiàn)在主腔中，但熱能流可以進(jìn)入或離開主腔。 對(duì)于質(zhì)量流量的情況，Abaqus將使用流體腔壓力和指定的恒定環(huán)境壓力來計(jì)算用于確定質(zhì)量流率的壓力差。 對(duì)于熱流量情況，ABAQUS /顯式將使用流體腔溫度和指定的恒定環(huán)境溫度來計(jì)算用于確定熱能流量的溫差。 Input File Usage: Use the following options: * FLUID CAVITY, NAME=primary_cavity_name, REF NODE=primary_cavity_reference_node

64、 * FLUID EXCHANGE, NAME=fluid_exchange_name primary_cavity_reference_node Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid exchange : Definition : To environment , Fluid cavity interaction : name, Fluid exchange property : name 2.2 兩流體腔間流動(dòng) 要定義兩個(gè)流體腔之間的流動(dòng)，請(qǐng)指定與初級(jí)流體腔和次級(jí)流體腔相

65、關(guān)聯(lián)的參考節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)流體處于分析狀態(tài)時(shí)，流體將從高壓或上游腔流向低壓或下游腔，熱能將從高溫流向低溫。 Input File Usage: Use the following options: * FLUID CAVITY, NAME=primary_cavity_name, REF NODE=primary_cavity_reference_node * FLUID CAVITY, NAME=secondary_cavity_name, REF NODE=secondary_cavity_reference_node * FLUID EXCHANGE, NAME=fluid_

66、exchange_name primary_cavity_reference_node, secondary_cavity_reference_node Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid exchange : Definition : Between cavities , Fluid cavity interaction 1 : name, Fluid cavity interaction 2 : name, Fluid exchange property : name 2.3 在ABAQUS／顯式分析中指定有效區(qū)域 對(duì)于任何流體交換性質(zhì)，主腔的流量與有效泄漏面積成正比。 泄漏區(qū)域可能代表排氣孔的大小，包圍空腔的多孔織物的面積，或空腔之間管道的大小。 在ABAQUS /顯式分析中，可以直接指定有效泄漏區(qū)域的值。 或者，您可以通過指定包圍主流體腔的邊界上的表面名稱來定義表示泄漏區(qū)域的表面。 流體交換的有效面積是基于表面除非您指定的地區(qū)直接或通過用戶子程序