單向流固耦合——模擬彎曲河床砂石運移

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2022年7月28日 23:32

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0 引言

要完成這個工況的模擬，其實需要解決兩個難點，第一個是如何生成河床。這里假設河床截面是圓形的，那其實是需要一個pipe形狀的三維體，但是這個在PFC中是沒有提供的。第二個難點就是河流流場的生成了。

1 生成河床

這里我們使用的是以直代曲的辦法，可以用一個個圓柱拼接成河床的額樣子。createwall 函數中就是使用循環生成河床的墻體，R_he 為河床截面中心的弧長半徑，jing_he 為河床截面的圓形半徑，he_kua 為河床跨過的圓心角。wallsplit是我們河床墻體的分段，也不是說分的越細結果越好的。

ball_range 我們定義了河床砂石的生成區域，也是一個圓柱形區域，用的是generate生成后自重沉降的方式。

new domain extent 0 20 -20 20 -4 4

[wallsplit=50][R_he=16][jing_he=2]

[he_kua=math.pi*1.0/3.0]def createwall    jiaodu_split=he_kua/float(wallsplit)    loop n(1,wallsplit)        jiaodu1=-he_kua*0.5+jiaodu_split*(n-1)        jiaodu2=-he_kua*0.5+jiaodu_split*(n)        x_pos1=math.cos(jiaodu1)*R_he        y_pos1=math.sin(jiaodu1)*R_he        x_pos2=math.cos(jiaodu2)*R_he        y_pos2=math.sin(jiaodu2)*R_he        vec=math.unit(vector(x_pos2-x_pos1,y_pos2-y_pos1,0))        height=(R_he+jing_he)*jiaodu_split        command            wall generate cylinder base @x_pos1 @y_pos1 0 axis @vec height @height radius @jing_he ...                cap false false resolution  0.5             endcommand    endloopend@createwall wall delete range z 0 20 extent

def ball_range    jiaodu1=-he_kua*0.5+jiaodu_split*6    jiaodu2=-he_kua*0.5+jiaodu_split*7    x_pos1=math.cos(jiaodu1)*R_he    y_pos1=math.sin(jiaodu1)*R_he    x_pos2=math.cos(jiaodu2)*R_he    y_pos2=math.sin(jiaodu2)*R_he    vec=math.unit(vector(x_pos2-x_pos1,y_pos2-y_pos1,0))    height=(R_he+jing_he)*jiaodu_split*8    command        geometry set ballrange        geometry generate cylinder base @x_pos1 @y_pos1 0 axis @vec height @height radius [jing_he*0.8]    endcommandend@ball_range

cmat default model rrlinear method deformability emod 100e6 kratio 1.5 property fric 0.5

ball generate radius 0.03 0.09 number 2000  tries 20000000 range geometry ballrange count 1ball attribute density 2.7e3 damp 0.7 set gravity 9.8 solvesave sample

生成后如圖：

單向流固耦合——模擬彎曲河床砂石運移的圖1

2 流場生成

這里使用我們之前的小程序 PFC單向流固耦合——模擬顆粒落入流動的水中生成流體網格。

參數為：

單向流固耦合——模擬彎曲河床砂石運移的圖2

記得將其放置到項目文件下。

導入網格后我們需要對流場進行設置，這里我們假設流速是均勻的，實際上的河床截面上的流速是上大下小的應該。因為我們河床圓弧的中心在原點，所以我們直接根據流體網格的位置取切向作為流速方向即可。

restore sampleconfigure cfdball attribute displacement multiply 0cfd read nodes Node.datcfd read elements Elem.datcfd buoyancy on

[sudu=5]def addliusu    loop foreach local ele element.cfd.list        vec=math.unit(vector(element.cfd.pos.y(ele),(-1)*element.cfd.pos.x(ele),0))        element.cfd.vel(ele)=(-1)*vec*sudu    endloop end@addliusuelement cfd attribute density 1000.0element cfd attribute viscosity 1.5

set mech age 0[baocunpinlv=0.1][time_record=mech.age-1][count=0]def savefile        if mech.age-time_record >= baocunpinlv then        filename=string.build("jieguo%1",count)        command            save @filename        endcommand        time_record=mech.age        count +=1    endif    endset fish callback -1.0 @savefilesolve time 10