液體靜壓導軌雙向流固耦合-關于時間步長的疑問

我最近在做液體靜壓導軌的雙向流固耦合分析,主要分析油膜壓力導致的止推板變形。


雙向迭代時發現,時間步長設置為0.05s時可以順利完成迭代,而時間步長設置為0.01s、0.001s、0.0001s等迭代均報錯。


一般選擇較小的時間步長有利于雙向耦合的收斂。但是這里較小的時間步長反而出錯!?實在令人費解~


所建立的模型如下圖所示,模型中的流體域為油膜,固體域為工作臺止推板。在工作狀態下,油膜的壓力作用于工作臺止推板上,將導致止推板的變形。

繪圖2.jpg

工作臺下浮板簡化為126mmx340mmx44mm的平板。
油膜流場主要由三部分組成:油膜、油腔、節流孔;油膜大小為126mmx340mm,厚度為0.025mm;H形油腔高度為2mm;中心節流孔高度1mm,直徑0.5mm。油膜的具體尺寸如下圖所示。

繪圖4.jpg        $3EMBIL{J0)VO{~3J](WWIT.png

為了研究工作臺止推板在油膜力的作用下產生的變形,本人基于ansys workbench進行了單向流固耦合分析。采用gambit對油膜進行網格劃分,fluent對油膜流場進行求解,具體設置如下:
Viscous——Laminar
流體材料:Density:822(Kg/m3);Viscosity: 0.00575(Kg/m-s)。
邊界條件:如下圖所示,pressure inlet:0.5MPa,pressure outlet:0MPa。
Solution methods:SIMPLE 默認設置

3.jpg


仿真得到的壓力分布如下圖所示

TS0CUXA7]71RT[P)9IG]M]5.png

將流場壓力導入到結構上如下圖所示

QQ截圖20160920201608.jpg

結構件約束為固定約束,約束如下圖中所示的側面

~3}SR4%A0[7U7ROMK~G}PFC.png

得到的結構件變形如下圖所示

QQ截圖20160920201735.jpg


可以看到結構件最大變形達0.008mm,而油膜厚度為0.025mm,結構件的變形將顯著影響油膜的壓力分布,因此需進一步進行雙向流固耦合分析。

然而,在雙向流固耦合時,卻出現了問題。雙向耦合時采用的時間步為0.0001s。剛開始運行計算時,fluent求解正常,進行數據交換后,流場網格進行了更新,fluent求解就開始出現異常,監測的耦合面壓力積分呈負值,然后就報錯了。僅進行一次迭代得到的流場壓力云圖和結構件變形如圖所示。從圖中可以看出流場呈負壓,結構件向上凸起

FFF 1.png

file.png


我嘗試了改變時間步長,發現步0.05s時沒有出現上述狀況,可以完成迭代。而時間步長設置為0.01、0.001、0.0001、0.00001等均會出現上述問題。

我的疑問:
1.一般雙向耦合,不是時間步越小越好么,為什么這里采用0.0001s步長會出現上述問題,而0.05s卻能正確計算

2. 我想模擬液壓油逐漸上升,止推板在油膜力的作用下逐漸彎曲的過程,是否應該考慮液壓油的可壓縮性
因為在模擬中我發現,若將液壓油密度設置為定值,則無論時間步長多小(e-5s或e-6s),耦合面的面壓力積分總是在兩三個迭代步內就達到最大值。而若將液壓油密度設置為compressible liquid,則耦合面的面壓力積分會隨著時間逐步增大,大概在0.005s內達到最大值。

請論壇里的前輩不吝賜教~

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