小球落體的案例
Fluent VOF+重疊網(wǎng)格 圓柱入水（一）
該案例僅作簡(jiǎn)單介紹，后續(xù)可以運(yùn)用到小球自由落體入水、船舶出入水、水上飛機(jī)出入水等多種案例的計(jì)算。
1 workbench 設(shè)置
1.1 選擇以下三個(gè)模塊進(jìn)行流體計(jì)算
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
依據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行幾何劃分，具體尺寸如下圖。
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置
由于是瞬態(tài)態(tài)求解問(wèn)題，此處設(shè)置為穩(wěn)態(tài)計(jì)算模式。并開(kāi)啟相關(guān)的重力選項(xiàng)。
3.2 網(wǎng)格導(dǎo)入
由于運(yùn)用了重疊網(wǎng)格技術(shù)，因此導(dǎo)入方式有所不同。
首先導(dǎo)入背景網(wǎng)格，其次導(dǎo)入前景網(wǎng)格，前景網(wǎng)格導(dǎo)入方式如下圖。
3.3 材料定義
本案例模擬圓柱入水，因此選擇的材料為水。
3.4 模型設(shè)置
并開(kāi)啟VOF多相流模型。VOF模型設(shè)置如下，并開(kāi)啟表面張力，水的表面張力系數(shù)定義為常數(shù)0.072。
湍流模型選擇k-e模型。
3.5 圓柱運(yùn)動(dòng)設(shè)置
對(duì)前景網(wǎng)格進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)置，采用網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)的方式，本案例以實(shí)驗(yàn)中的0.5124m/s展開(kāi)計(jì)算。具體的輸入如下圖所示。
3.6 邊界條件設(shè)置
此處進(jìn)行邊界條件設(shè)置，上邊界設(shè)置為壓力出口，下邊界設(shè)置為速度進(jìn)口。前景網(wǎng)格外邊界設(shè)置為overset邊界。
3.7 初始化設(shè)置
首先進(jìn)行初始化設(shè)置，此處采用標(biāo)準(zhǔn)初始化，相2的體積分?jǐn)?shù)設(shè)置為1。
然后進(jìn)行局部初始化設(shè)置，局部初始化前對(duì)水域進(jìn)行網(wǎng)格標(biāo)記，標(biāo)記方式如下圖。
標(biāo)記成功后進(jìn)行局部初始化的設(shè)置。
3.8 計(jì)算設(shè)置
進(jìn)行初始化后，設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)0.0001，計(jì)算步5000步。
開(kāi)啟抨擊力監(jiān)測(cè)，對(duì)圓柱入水抨擊系數(shù)展開(kāi)監(jiān)測(cè)。
3.9 后處理設(shè)置
對(duì)計(jì)算完成后的圓柱恒定速度入水動(dòng)畫(huà)進(jìn)行繪制。
展開(kāi) ABAQUS碰撞 (例1) 小球沖擊碰撞含鍍層金屬材料 ￥33.34
ABAQUS碰撞 (例1) 小球沖擊碰撞含鍍層金屬材料
模型背景：
該模型模擬了金屬小球在自由落體運(yùn)動(dòng)下對(duì)含鍍層金屬材料的沖擊影響。
模型材料：
金屬材料的鍍層為陶瓷，基底為碳鋼Q235。
模擬結(jié)果：
提取整個(gè)碰撞過(guò)程中含鍍層金屬材料的應(yīng)力應(yīng)變，塑性應(yīng)變能以及碰撞的接觸力。
碰撞過(guò)程中的應(yīng)力分布圖
碰撞過(guò)程中的應(yīng)變分布圖
小球在彈簧頂端的木塊上的彈性跳動(dòng)問(wèn)題之問(wèn)題描述
小球在彈簧頂端的木塊上的彈性跳動(dòng)問(wèn)題
——問(wèn)題描述
最近做了個(gè)小項(xiàng)目，是關(guān)于用Matlab解決小球碰撞問(wèn)題的，覺(jué)得這個(gè)例子對(duì)用Matlab解微分方程有啟發(fā)性的作用。我將以系列課程的形式寫(xiě)出來(lái)與大家分享。通過(guò)該案例，你將了解用Matlab解微分方程的基本過(guò)程，同時(shí)對(duì)Matlab函數(shù)（function）功能，odefile模板，繪圖技巧將有更深層次的認(rèn)識(shí)。閑話(huà)不多說(shuō)，今天先把這個(gè)案例的理論基礎(chǔ)與全部代碼分享給大家。
圖1.實(shí)體模型
如圖1所示，實(shí)體模型由兩部分組成，一是小球，二是底面連接彈簧的木板。小球從高為h的位置自然下落后撞擊在木板上，此后，木板因?yàn)槭軟_擊往下運(yùn)動(dòng)，小球與木板撞擊后向上運(yùn)動(dòng)，如果忽略一切摩擦力，則小球與木板會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去。我們首先建立坐標(biāo)系，以彈簧自然伸長(zhǎng)位置的上端作為坐標(biāo)原點(diǎn)，y軸豎直向上，m1，m2分別表示小球與木塊的質(zhì)量，h為小球自由落體的高度，k為彈簧的彈性模量，如下圖所示。
圖2.參考坐標(biāo)系建立
為了分析整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，把運(yùn)動(dòng)分為兩個(gè)部分：
部分一：小球與木板沒(méi)有接觸時(shí)
該情況下，根據(jù)各自的受力情況，列出方程組（1）：
（1）
其中，y1，y2分別為小球和木塊的位移，g為重力加速度。
展開(kāi) 設(shè)計(jì)仿真 | Adams變拓?fù)浞治鲋卣{(diào)子程序
基本建模，建立四個(gè)球體，從上到下分別為Part_a，Part_b，Part_c，Part_d，其中前兩個(gè)與大地建立水平滑移副，后兩個(gè)與大地建立固定副，并且前兩個(gè)在質(zhì)心處作用水平力，分別為200N，100N(后繼互換)，由于重力加速度豎直向下，固定副解鎖后會(huì)自由落體，以表征sensor事件觸發(fā)后的動(dòng)作。最后分別定義兩個(gè)sensor，事件函數(shù)分別為a，b兩球的水平速度，比較值分別為10米每秒和15米每秒，由于這里長(zhǎng)度采用毫米為單位注意轉(zhuǎn)化。
圖 3基本模型
建立的sensor，由于要和回調(diào)函數(shù)聯(lián)合應(yīng)用，此時(shí)要求sensor必須有一個(gè)觸發(fā)后的動(dòng)作，因此，sensor_2類(lèi)似于sensor_1具體如下：
圖 4左側(cè)為sensor定義，右側(cè)為觸發(fā)后的動(dòng)作
這里選擇了最后一個(gè)動(dòng)作，其實(shí)程序并不關(guān)注這個(gè)動(dòng)作的數(shù)值是什么，只關(guān)注有沒(méi)有這個(gè)動(dòng)作。通過(guò)命令庫(kù)找到Callback的定義項(xiàng)，完成回調(diào)對(duì)象的定義，如下所示：
圖 5回調(diào)對(duì)象定義
還需完成與傳感器對(duì)應(yīng)的Acf文件的創(chuàng)建，這里有兩個(gè)傳感器，因此定義兩個(gè)Acf文件，具體如下：
圖 6Acf文件定義
定義該文件需要注意其名稱(chēng)以及同sensor的ID號(hào)之間的聯(lián)系，這個(gè)在源程序中以有過(guò)說(shuō)明。實(shí)現(xiàn)的目的，當(dāng)sensor_1觸發(fā)后將3號(hào)joint抑制，也即part_c小球之后會(huì)自由落體；當(dāng)sensor_2觸發(fā)后將4號(hào)joint抑制，也即part_d小球之后會(huì)自由落體。當(dāng)然，將各自的sensor在觸發(fā)后關(guān)閉。
提交仿真，可以使用交互式仿真也可以使用腳本計(jì)算，但是如果使用腳本計(jì)算要注意不能再有對(duì)傳感器的操作，因?yàn)楸景咐业木褪莻鞲衅饔|發(fā)事件。
展開(kāi) 
設(shè)計(jì)仿真 | Adams變拓?fù)浞治鲋卣{(diào)子程序
基本建模，建立四個(gè)球體，從上到下分別為Part_a，Part_b，Part_c，Part_d，其中前兩個(gè)與大地建立水平滑移副，后兩個(gè)與大地建立固定副，并且前兩個(gè)在質(zhì)心處作用水平力，分別為200N，100N(后繼互換)，由于重力加速度豎直向下，固定副解鎖后會(huì)自由落體，以表征sensor事件觸發(fā)后的動(dòng)作。最后分別定義兩個(gè)sensor，事件函數(shù)分別為a，b兩球的水平速度，比較值分別為10米每秒和15米每秒，由于這里長(zhǎng)度采用毫米為單位注意轉(zhuǎn)化。
圖 3基本模型
建立的sensor，由于要和回調(diào)函數(shù)聯(lián)合應(yīng)用，此時(shí)要求sensor必須有一個(gè)觸發(fā)后的動(dòng)作，因此，sensor_2類(lèi)似于sensor_1具體如下：
圖 4左側(cè)為sensor定義，右側(cè)為觸發(fā)后的動(dòng)作
這里選擇了最后一個(gè)動(dòng)作，其實(shí)程序并不關(guān)注這個(gè)動(dòng)作的數(shù)值是什么，只關(guān)注有沒(méi)有這個(gè)動(dòng)作。通過(guò)命令庫(kù)找到Callback的定義項(xiàng)，完成回調(diào)對(duì)象的定義，如下所示：
圖 5回調(diào)對(duì)象定義
還需完成與傳感器對(duì)應(yīng)的Acf文件的創(chuàng)建，這里有兩個(gè)傳感器，因此定義兩個(gè)Acf文件，具體如下：
圖 6Acf文件定義
定義該文件需要注意其名稱(chēng)以及同sensor的ID號(hào)之間的聯(lián)系，這個(gè)在源程序中以有過(guò)說(shuō)明。實(shí)現(xiàn)的目的，當(dāng)sensor_1觸發(fā)后將3號(hào)joint抑制，也即part_c小球之后會(huì)自由落體；當(dāng)sensor_2觸發(fā)后將4號(hào)joint抑制，也即part_d小球之后會(huì)自由落體。當(dāng)然，將各自的sensor在觸發(fā)后關(guān)閉。
提交仿真，可以使用交互式仿真也可以使用腳本計(jì)算，但是如果使用腳本計(jì)算要注意不能再有對(duì)傳感器的操作，因?yàn)楸景咐业木褪莻鞲衅饔|發(fā)事件。
展開(kāi) 彈性球體跌落反彈分析
在上一篇《小球的舞動(dòng)瞬態(tài)分析》文章中，只關(guān)注了小球跌落到地面上造成地面的變形情況。這篇文章模擬了彈性小球從某高度自由下落，與剛性地面撞擊后反彈，觀察小球運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理想狀態(tài)該小球應(yīng)該呈現(xiàn)自由落體-碰撞反彈反復(fù)運(yùn)動(dòng)。
本案例中不考慮阻尼、空氣阻力、以及碰撞能量的損耗。
讀者可以根據(jù)需求將小球對(duì)象改變?yōu)槭謾C(jī)跌落、人體跌落等，以及可以考慮阻尼，空氣阻力等因素進(jìn)行計(jì)算。
結(jié)果演示
小球跌落位移變化曲線(xiàn)及動(dòng)畫(huà)
技術(shù)特征
本案例的主要技術(shù)特點(diǎn)包含了conta174，targe170單元的使用，以及多載荷步瞬態(tài)分析設(shè)置，關(guān)鍵在于瞬態(tài)分析的收斂步大小設(shè)置。收斂步設(shè)置不合適會(huì)導(dǎo)致計(jì)算不收斂，或者計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，根據(jù)芷行說(shuō)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷合適的載荷步是有一個(gè)范圍的，并不是載荷步越小就越好越精確，讀者可以嘗試本案例中太小的載荷步卻不會(huì)收斂。
求解器設(shè)置
/solu
antype,trans
nlgeom,on
alphad,0.1
cnvtol,f,1,0.05
outres,all,all
timint,on
nropt,full
nsubst,2
acel,,,9.8
time,1e-8
solve !在短時(shí)間內(nèi)施加重力加速度并求解
time,0.43
deltim,0.01,,0.05 !指定當(dāng)前載荷施加步
solve !跌落
time,0.46
deltim,0.0005,,0.001
solve !接觸
time,1.31
deltim,0.01,,0.05solve !反彈與跌落至再次接觸
time,1.34
deltim,0.0005,,0.001
solve !
展開(kāi) 