FGM
關(guān)注創(chuàng)建者：ABAQUS油氣有限元 創(chuàng)建時間：2020-08-11
FGM的視頻教程
ANSYS 2020 R1新品發(fā)布會 讓CFD飛奔起來!
用戶可以在一個界面里完成所有多相流相關(guān)的設(shè)置，整個過程簡單、清晰；同時，F(xiàn)luent在物理模型和求解器方面持續(xù)開發(fā)“硬核”科技，Ansys與國外研究機構(gòu)合作開發(fā)了流型轉(zhuǎn)換模型，可以解釋氣液兩相流中由于夾帶/吸收造成的流型變化；非絕熱FGM燃燒模型則可以分析冷壁對燃燒組分的準確影響。 至于CFX的用戶，您也會發(fā)現(xiàn)，它的旋轉(zhuǎn)機械和多相流相關(guān)功能也更加強大了。
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FGM的實例教程
FGM概念
FGM是功能梯度材料（Functionally graded materials）的英文簡稱，也被稱為梯度功能材料。功能梯度材料(FGM)是一種新型非均勻復合材料,是由性能不同的兩種或多種材料復合成組分和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的材料。它要求功能、性能隨內(nèi)部位置的變化而變化，以實現(xiàn)功能梯度的材料。
從本質(zhì)上來講，FGM是一種比較特殊的復合材料。
在自然界也有許多功能梯度材料的例子，如竹子、貝殼、骨骼等。
FGM構(gòu)建
本文采用COMSOL軟件進行FGM模型的構(gòu)建，以下表現(xiàn)三種不同形式的功能梯度材料模型：
粒徑均勻變化
雙材料擴散
變粒徑分布
建模教程
在COMSOL內(nèi)建立功能梯度材料可以采用AutoCAD模型導入的方式，這里用到了CAD建模插件。
插件下載：
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件
展開 例如，輸運概率密度函數(shù)(TPDF)方法、代表性交互火焰面(RIF)、火焰面/進度變量(FPV)模型、火焰面生成流形(FGM) 和建表火焰面模型(TFM)。
在這些湍流燃燒模型中，基于火焰面思想的模型具有計算效率高的特點，因此可以使用詳細的化學反應動力學。火焰面方法的基本思想是，多維湍流火焰可以看作是嵌入在湍流流場中的被拉伸的一維層流火焰(稱為火焰面)的集合。引入混合分數(shù)Z以消除非線性化學反應源項求解的困難。由此，化學可以在混合分數(shù)坐標下求解，然后映射到流場。基于火焰面的模型與化學建表方法相結(jié)合，通過將3D-CFD和層流火焰面計算解耦，降低了計算成本。這使得火焰面模型能夠使用復雜化學反應機理，且計算成本相對較低。此外，基于火焰面的模型能夠通過預設(shè)概率密度函數(shù)（PDF）有效地解釋TCI現(xiàn)象。只當特征化學時間尺度比混合時間尺度短時，火焰面假設(shè)才是有效的，就像在大多數(shù)相關(guān)條件下類似柴油的燃燒一樣。
本文使用FGM燃燒模型對正十二烷燃料的ECN sprayA進行RANS模擬。此外，由于傳統(tǒng)觀點認為高溫非預混燃燒受限于混合過程，其進度變量的方差很大程度上依賴于混合物的形成速度，因此進度變量的方差經(jīng)常被忽略。本研究考慮了進度變量的方差，類似于預混系統(tǒng)中進度變量的處理。
本研究的目的是為了增進對自動點火過程的了解，并揭示混合分數(shù)的變化和進度變量對自動點火過程和火焰結(jié)構(gòu)的影響。
1、數(shù)值方法
1.1 氣象模擬
FGM (Flamelet Generated Manifolds) 模型與火焰面方法具有相同的思想，即多維火焰可被視為一維火焰的集合。FGM模型的特征還在于存儲和檢索過程。除了混合分數(shù)之外，本研究引入了另一個控制變量，即反應進度變量來考慮不穩(wěn)定過程，這可以捕捉噴霧燃燒中的自燃現(xiàn)象。
展開 梯度功能材料（Functionally Graded Materials, FGMs）是一種先進的復合材料，其特點是材料的組成、結(jié)構(gòu)以及孔隙率等特性在某個方向上呈現(xiàn)連續(xù)或階梯式的漸變。這種變化使得FGM的物理和化學性能在同一方向上也呈現(xiàn)出相應的連續(xù)梯度變化。
ANSYS Workbench內(nèi)建立梯度功能材料模型可以采用CAD功能梯度材料2D插件建模后導入到Workbench內(nèi)。在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)后運行即可在AutoCAD內(nèi)建立梯度分布的隨機圓形模型。
在CAD內(nèi)將FGM模型構(gòu)建實體后導出為IGES格式文件。
將模型導入到Workbench內(nèi)。
可對梯度模型進行后續(xù)分析模擬。
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1874171
展開 CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件 ￥299
功能介紹
CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件提供AutoCAD參數(shù)化建模功能，可設(shè)置長方形尺寸、圓形比例、圓形間的最小間距、圓形粒徑關(guān)于坐標系的分布關(guān)系，即R = f(x,y），粒徑的分散模式，是否擴散分布及擴散發(fā)生的區(qū)域范圍等。插件生成的dwg文件可導入到Comsol、Abaqus、ANSYS、Fluent等有限元分析軟件內(nèi)，用于梯度材料（Functionally Gradient Materials，簡稱FGM）、傾斜功能材料、梯度功能材料、分子擴散模型、氣體擴散、分散系等模型的構(gòu)建。也可用于復雜的多空材料、孔隙介質(zhì)等模型建立。
插件界面
比例：生成的總圓形的面積占矩形面積的百分比，該參數(shù)為設(shè)計值，若參數(shù)設(shè)置不合理將無法到達設(shè)計比例；當生成的圓形比例達到該設(shè)計參數(shù)后完成繪圖。
最小間距：該參數(shù)為任意兩個圓之間可能達到的最小間距值，該參數(shù)設(shè)置的目的是為了防止兩個圓形之間距離過小。
超時結(jié)束：單位為秒，當超過該設(shè)置時間后自動停止，防止參數(shù)設(shè)置不合理時投放不能完成造成程序無法結(jié)束。“超時結(jié)束”與“比例”參數(shù)實現(xiàn)了程序運行終止狀態(tài)的雙控，當任意一個條件達到時程序均會結(jié)束。
粒徑分布：R1及R2為圓形的半徑，兩者設(shè)置方式一致，僅為分兩個圖層繪圖，方便后期處理即圓的半徑是關(guān)于圓中心點所在坐標的函數(shù)。為方便初學者使用，在插件界面中僅列出x，而未指明y，實際使用時x、y均可設(shè)置。
CAD樣圖
說明提醒
插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態(tài)，注冊請聯(lián)系QQ：1135122921。
對插件如有其它需求可按照需要定制插件。
展開 沿直線分布的FGM梯度晶體模型只需在CAD草圖建立時將邊界線用多段線分段繪制即可，每段的尺寸與對應位置的晶粒尺寸一致。
可對模型劃分網(wǎng)格，并進行后續(xù)的梯度晶粒結(jié)構(gòu)仿真模擬分析。
FGM的相關(guān)專題、標簽、搜索
FGM的最新內(nèi)容
沿直線分布的FGM梯度晶體模型只需在CAD草圖建立時將邊界線用多段線分段繪制即可，每段的尺寸與對應位置的晶粒尺寸一致。
可對模型劃分網(wǎng)格，并進行后續(xù)的梯度晶粒結(jié)構(gòu)仿真模擬分析。
流動方面：
采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和有限體積法離散，采用基于壓力的求解方案，同時提供RANS和LES兩類模型；
燃燒方面：
同時具備簡單化學反應EDM和復雜化學反應FGM燃燒模型，同時支持液相連續(xù)流場和離散流場描述；
流固熱耦合方面：
采用弱耦合方式，通過流動求解器和固體傳熱求解器之間進行交界面上的溫度、熱流等傳遞實現(xiàn)氣熱耦合計算
功能梯度材料分析
在功能梯度材料（FGM）梁的彎曲分析中，單元通過材料屬性的厚度方向插值，可模擬彈性模量的連續(xù)變化，準確計算沿厚度方向的應力梯度。單元計算的正應力（σ_x）和橫向切應力（τ_xz）與超細網(wǎng)格高階實體單元（C3D20）結(jié)果的偏差均小于 3%，但同時后者會增加巨大的計算量！
三維功能梯度多孔結(jié)構(gòu)材料FGM軸壓模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1978427
細觀混凝土三相模型軸壓破壞—— 利用EasyCDP為砂漿/ITZ分配CDP材料，驗證界面過渡區(qū)作用。
本案例介紹在ANSYS內(nèi)對功能梯度孔隙材料（FGM）的受壓模擬。
梯度孔隙3D模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建模，AutoCAD參數(shù)化建模完成后將多孔結(jié)構(gòu)梯度模型導出為sat格式文件。
功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調(diào)控孔隙率，實現(xiàn)力學性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對應力場及失效機制的影響，突破傳統(tǒng)試驗限制，優(yōu)化設(shè)計。該研究對航空熱防護及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價值。
梯度多孔介質(zhì)FGM模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型在AutoCAD內(nèi)建立完成后導出為sat格式文件。通過插件可靈活控制孔隙率、梯度、孔徑分布及最小間距約束，生成符合實際工程需求的梯度孔隙結(jié)構(gòu)。
功能梯度材料（FGM）模型包含大小梯度變化的球體及與之適配的長方體部件，可用于球體材料的梯度分布或梯度多孔結(jié)構(gòu)材料建模。
插件支持設(shè)置上小下大、上大下小兩種球體的梯度分布模式，及隨機排布的非梯度模式。插件內(nèi)置的動力學堆積算法可模擬實際工程中不同粒徑顆粒投放順序下的堆積效果。
本案例介紹在COMSOL建立功能梯度材料FGM幾何模型，并研究激光在通過梯度材料時的反射情況。
梯度材料模型采用CAD Voronoi FGM V1.0插件生成，CAD模型生成后只保留綠色圖層內(nèi)容作為梯度材料的反射界面。
功能梯度材料（FGM）作為一種新型復合材料，通過材料內(nèi)部成分或微觀結(jié)構(gòu)的梯度變化，優(yōu)化特定性能適應復雜環(huán)境，被廣泛應用于高溫防護、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物醫(yī)學、光電設(shè)備等領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立功能梯度材料模型。
