基于ABAQUS-CEL技術的水輪分析
傳統有限元的拉格朗日分析(Lagrangian analysis),材料屬性與網格節點相關聯,材料伴隨著網格 變形而發生形變,當解決極端變形的情況時,會由于單元的變形扭曲而失去原有的精度。
歐拉分析(Eulerian analysis)方法,其網格節點空間固定,材料不隨單元變形而是在單元間流動,可有效地解決極端變形以及包含流體流動的問題,所以諸如液體晃動、氣體流動、穿透問題等均可通過歐拉分析有效處理。
歐拉分析雖然可有效處 理流體流動分析,但在捕捉結構流固交界面上存在一定困難。 此時,可應用耦合歐拉-拉格朗日分析(CEL)功能進行求解。
本案例模擬水箱中水輪葉片轉動帶動水運動的過程,采用顯示動力學CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)方法進行流—固耦合分析。


有限元建模主要過程:
1. Part和Assembly模塊
建立以下三個Part,并對三個Part實例進行裝配。
reference:3D- Deformable-Solid類型
shuilun:3D- Deformable-Shell類型
water:3D-Eulerian類型

2. Property模塊
創建兩種材料steel和water,分別賦予shuilun(截面類型為Shell,Homogeneous)和water(截面類型為Eulerian)部件。其中,水介質流動視為近似不可壓縮的、粘性層流流動。采用線性Us -Up Hugoniot形式的Mie-Grüneisen狀態方程描述水介質的體積響應。

3. Mesh模塊
分別對三個Part進行網格劃分,網格尺寸均設為1.5mm,單元類型如下:
reference:Explicit,C3D8R類型
shuilun:Explicit,S4R類型
water:Explicit,EC3D8R類型
4. Step模塊
(1)建立Dynamic, Explicit分析步,時間為0.1;
(2)確認場輸出變量中,選擇了EVF。
5. Interaction模塊
(1)在水輪中心建立參考點RP-1,并將參考點與水輪所有單元建剛體耦合約束;

(2)建立General contact,選擇All* with self,建立并分配接觸屬性。
6. Load模塊
(1)從initial分析步開始,對water部件實例建立如下約束:
與Z軸垂直的前、后表面限制V3=0,與Y軸垂直的上、下表面限制V2=0,與X軸垂直的左、右表面限制V1=0;

(2)在Step-1分析步設置水輪中心參考點的VR3=-100,其余均設置為0;
(3)選擇ToolsàDiscrete FieldàVolume Fraction Tool:
選擇Eulerian part instance為water部件à選擇reference part instance為reference部件,在彈出的Volume Fraction Tool對話框中接受默認設置,建立離散場DiscField-1;

(4)選擇Create Predefined Fieldàinitial, other, Material assignment:
選擇Eulerian part instance為water部件,在彈出的Edit Predefined Field對話框中選擇Definition:Discrete fields,并將第(3)步建立離散場DiscField-1作為材料域。

7. 建立Job,并提交計算。
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