概述

流固耦合問題在工程應用中十分常見。其中一種情況是流體（或氣體）被封閉在固體內部，并承受各種載荷，例如輪胎、氣墊鞋和流體容器。靜水壓流體單元非常適合此類應用。本文介紹了對囊狀氣墊鞋的仿真模擬。鞋內空氣遵循理想氣體定律。這些靜水壓流體單元通過 ANSYS Mechanical 中的命令流進行定義。

目標

• 理解靜水壓流體單元建模的工作流程
• 
  
• 熟悉理想氣體定律以及相應的流體體積與壓力之間的關系

步驟

1. 打開 ANSYS Workbench，創建“靜力結構”分析。檢查單位。為鞋體創建彈性材料。

2. 導入鞋底幾何模型（圖1）。

圖1. 鞋底幾何模型

3. 劃分網格。 使用六面體主導網格方法對整個部件進行網格劃分，設置全局網格尺寸為 3 mm。為內表面創建命名選擇，用于后續生成靜水壓流體單元。使用剖切視圖有助于選擇內表面。

4. 施加邊界條件并定義分析類型。 開啟大變形，并定義若干子步。固定底面，在頂面施加 600 N 的壓力載荷。插入命令片段以創建靜水壓流體單元。這些單元的行為由理想氣體定律控制。要生成這些單元，需要準備一個表面選擇（之前創建的命名選擇）和一個壓力節點（該節點位于空氣體積內部）。實現上述功能的命令行如圖 2 所示。

創建靜水壓流體單元的命令行（圖2）

5. 運行仿真。 總變形云圖如圖 3 所示。

圖3. 使用靜水壓流體單元時的總變形云圖

6. 進行不考慮理想氣體定律的對比分析。 在 Workbench 中復制分析系統。抑制命令片段并重新運行仿真。變形云圖如圖 4 所示。對比圖 3 和圖 4 ，可以觀察到氣體壓力帶來的影響。

圖4. 未使用靜水壓流體單元時的總變形云圖

總結

本仿真展示了如何在 Mechanical 中使用命令行創建靜水壓流體單元，以模擬囊狀氣墊鞋內部的空氣。相同的概念也可用于不可壓縮流體以及不遵循理想氣體定律的氣體。

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