abaqus流體壓力
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus流體壓力的視頻教程
abaqus流體壓力的實(shí)例教程
本文介紹了一種新的流體壓力滲透分析方法。該功能捕捉了流體被壓入橡膠密封圈和殼體間滲透效果，從而無需直接對(duì)流體進(jìn)行建模。
該Marc仿真功能基于接觸壓力，并考慮了接觸面滲入流體的影響。流體壓力可以逐漸滲透到接觸表面下方，以模擬流體在壓力增加時(shí)的效果。
以下示例用于說明該過程。
如圖2所示的D形密封圈首先在安裝階段被壓縮，然后施加流體壓力。壓力載荷施加在密封圈的整個(gè)邊界上，該邊界表示最終可以施加壓力的區(qū)域。在此過程中，壓力在滲透之前不會(huì)激活。這意味著它暴露在流體中。定義了一個(gè)初始滲透點(diǎn)，以指定流體壓力最初活躍的位置。從起點(diǎn)開始，通過沿邊界注壓直到接觸區(qū)域或負(fù)載末端來找到濕區(qū)。當(dāng)負(fù)載在負(fù)載箱中激活時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種壓力顯示。然后，隨著負(fù)載的增加，當(dāng)接觸應(yīng)力低于用戶定義的閾值時(shí)，滲透區(qū)將在接觸區(qū)下方生長(zhǎng)。
這里有兩個(gè)效果。首先，隨著壓力載荷的增加，密封圈會(huì)膨脹并增加接觸壓力。其次，壓力載荷在接觸下滲入，降低了接觸壓力。如果第二種效應(yīng)更大，密封圈就會(huì)泄漏。此過程可以用Marc2024.2版本進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
壓力滲透的仿真探測(cè)過程：
a) 施加預(yù)載荷，壓縮橡膠密封圈；
b) 在初始浸濕表面上施加載荷，暴露于油壓時(shí)壓力激活；
c) 在部分滲透區(qū)域壓力下降；
d) 增加壓力；
e) 如果接觸壓力小于閾值；
f) 擴(kuò)大滲透面 繼續(xù)迭代，直到滲透表面壓力達(dá)到最大面積，無法再繼續(xù)滲透。
圖3比較了兩種情況，其中唯一區(qū)別密封圈和端蓋接觸面寬度差異性，及密封壓縮量差異。接觸面寬度越大，密封圈端面和端蓋之間的間隙越小，密封效果越好。在第一幅圖中，密封圈中的壓力足夠高，可以防止泄漏，但在第二幅圖中間隙太大。
展開 瓦西里.康定斯基 城堡與教堂
我這半輩子都交給了流體力學(xué)，回頭想想，其他知識(shí)好像慢慢淡忘了，只有壓力系數(shù)Cp，成為我解決一切流體問題的法寶。
壓力系數(shù)Cp把流體統(tǒng)一了
如果沒有壓力系數(shù)Cp，我們使用具體的壓力。
我做完實(shí)驗(yàn)告訴你測(cè)量的壓力是101000[Pa]，我還要附帶告訴你，這是在一個(gè)大氣壓的空氣中，飛行速度100[m/s]做的實(shí)驗(yàn)。
你回去使用的時(shí)候，會(huì)打電話問：“速度快了一些是110[m/s]，壓力是多少？”，過一會(huì)你又會(huì)問：“在高空飛行，壓力是多少？”
這就是用具體壓力的麻煩。只要你飛得快一點(diǎn)、慢一點(diǎn)、高一點(diǎn)、低一點(diǎn)，具體壓力都會(huì)不同。這就意味著，你出發(fā)前要準(zhǔn)備很多很多數(shù)據(jù)，才能夠覆蓋所有情況。
有了壓力系數(shù)Cp情況就不同了。
看看這個(gè)公式，壓力系數(shù)Cp是個(gè)無量綱參數(shù)。它減去了環(huán)境壓力，除去了密度，除去了速度。這是個(gè)與環(huán)境壓力無關(guān)、與密度無關(guān)、與速度無關(guān)的參數(shù)。
有了壓力系數(shù)Cp，你不用問我任何問題，回去用飛行速度、飛行環(huán)境參數(shù)自己算具體是多大壓力。哪怕你飛到水里、飛到高空，都可以用Cp換算出當(dāng)時(shí)的壓力。
有了Cp的概念，我做實(shí)驗(yàn)也方便了。我還可以在水里做個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓你拿去到天上用。因?yàn)樗拿芏群艽螅灰苄〉乃俣染涂梢援a(chǎn)生很大的壓力，方便測(cè)量。過去很多飛機(jī)機(jī)翼就是在水里做的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在高校里做流體研究也喜歡在水里做實(shí)驗(yàn)。
反過來，我在空氣中做流體實(shí)驗(yàn)，給你Cp，你也可以拿去到千米海底計(jì)算出具體的壓力。
壓力系數(shù)Cp是無量綱參數(shù)。這是不受具體場(chǎng)景限制，抽象的普遍適用的參數(shù)。
如果，一個(gè)流體工程師，告訴你Cp是多少的，這才是專業(yè)的流體工程師。如果他告訴你具體壓力是多大，你需要查一查他是否專業(yè)學(xué)流體力學(xué)的。
展開 和上一個(gè)模型有些類似，也是使用了流體壓力滲透載荷。
01
—
問題描述
這是一個(gè)軸對(duì)稱模型。
經(jīng)過3維擴(kuò)展形狀如圖所示。
將軸對(duì)稱模型擴(kuò)展到三維的菜單操作在這里。
其中，只有彈性O(shè)型圈和塑料封蓋是變形體。其余線條均為剛體。注意，在Workbench中軸對(duì)稱模型暫時(shí)是無法設(shè)置剛體的。
其中，O型圈是橡膠材料，使用不可壓縮的一階Ogden超彈性模型；塑料封蓋使用彈塑性材料，使用各向同性硬化應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
02
—
載荷定義
該分析一共分兩個(gè)載荷步。
第一步，將左右兩側(cè)的剛性外殼向中間擠壓，將O型圈和塑料封蓋壓緊；
第二步，模擬流體從底部流入，施加流體壓力滲透載荷，分析密封系統(tǒng)的變形。
這一步分析中，還調(diào)整了自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)等信息。
第二步，施加流體壓力滲透載荷，并定義流體壓力的起點(diǎn)。
03
—
仿真結(jié)果
第一載荷步，把密封圈壓在一起，von-Mises應(yīng)力：
第二載荷步，流體開始流入，把密封圈擠到上面。
展開 指定“外部接觸”流體壓力滲透開始位置
ALLSEL
nsel,s,node,,169 ! 選擇編號(hào)為169的結(jié)點(diǎn)
esln,s,0 ! 選擇與節(jié)點(diǎn)連接的單元
esel,r,real,,6 ! 選擇接觸單元
sfe,all,2,pres,,1 ! 指定“外部接觸”流體壓力滲透開始位置
ALLSEL
nsel,s,node,,9184 ! 選擇編號(hào)為9184的結(jié)點(diǎn)
esln,s,0 ! 選擇與節(jié)點(diǎn)連接的單元
esel,r,real,,6 ! 選擇接觸單元
sfe,all,2,pres,,1 ! 指定“外部接觸”流體壓力滲透開始位置
ALLSEL
第一段選中接觸單元，施加流體壓力滲透載荷；第二段刪除重復(fù)載荷，并刪除所有的默認(rèn)起始點(diǎn)。（看圖可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部接觸和外部接觸的接觸單元定義有重復(fù)）
第3段開始直到最后，都是在定義流體壓力的起始點(diǎn)。
這個(gè)起始點(diǎn)的含義再解釋一下
。流體壓力滲透載荷主要施加在接觸單元上，目的就是研究在流體的壓力作用下，原先處于關(guān)閉狀態(tài)的接觸對(duì)是否會(huì)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)。因此如果壓力錯(cuò)誤的從原先就處于關(guān)閉狀態(tài)的位置起始，計(jì)算結(jié)果就會(huì)出錯(cuò)。
另外，APDL案例中，定義開始位置的方法是直接指定接觸單元的編號(hào)。在Workbench中，不太容易確定某個(gè)位置對(duì)應(yīng)的接觸單元的編號(hào)，但確定一個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)是很容易的事情。所以我們?cè)谶@里首先選擇節(jié)點(diǎn)，然后選擇與它連接的接觸單元。用這種方式定義起始點(diǎn)。
另外，施加流體壓力滲透載荷的分析過程中，一個(gè)不小心就會(huì)出現(xiàn)計(jì)算不收斂的情況。
展開 本文介紹了一種新的流體壓力滲透分析方法。該功能捕捉了流體被壓入橡膠密封圈和殼體間滲透效果，從而無需直接對(duì)流體進(jìn)行建模。
該Marc仿真功能基于接觸壓力，并考慮了接觸面滲入流體的影響。流體壓力可以逐漸滲透到接觸表面下方，以模擬流體在壓力增加時(shí)的效果。
以下示例用于說明該過程。如圖2所示的D形密封圈首先在安裝階段被壓縮，然后施加流體壓力。壓力載荷施加在密封圈的整個(gè)邊界上，該邊界表示最終可以施加壓力的區(qū)域。在此過程中，壓力在滲透之前不會(huì)激活。這意味著它暴露在流體中。定義了一個(gè)初始滲透點(diǎn)，以指定流體壓力最初活躍的位置。從起點(diǎn)開始，通過沿邊界注壓直到接觸區(qū)域或負(fù)載末端來找到濕區(qū)。當(dāng)負(fù)載在負(fù)載箱中激活時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種壓力顯示。然后，隨著負(fù)載的增加，當(dāng)接觸應(yīng)力低于用戶定義的閾值時(shí)，滲透區(qū)將在接觸區(qū)下方生長(zhǎng)。這里有兩個(gè)效果。首先，隨著壓力載荷的增加，密封圈會(huì)膨脹并增加接觸壓力。其次，壓力載荷在接觸下滲入，降低了接觸壓力。如果第二種效應(yīng)更大，密封圈就會(huì)泄漏。此過程可以用Marc2024.2版本進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
壓力滲透的仿真探測(cè)過程：
a) 施加預(yù)載荷，壓縮橡膠密封圈；
b) 在初始浸濕表面上施加載荷，暴露于油壓時(shí)壓力激活；
c) 在部分滲透區(qū)域壓力下降；
d) 增加壓力；
e) 如果接觸壓力小于閾值；
f) 擴(kuò)大滲透面 繼續(xù)迭代，直到滲透表面壓力達(dá)到最大面積，無法再繼續(xù)滲透。
圖3比較了兩種情況，其中唯一區(qū)別密封圈和端蓋接觸面寬度差異性，及密封壓縮量差異。接觸面寬度越大，密封圈端面和端蓋之間的間隙越小，密封效果越好。在第一幅圖中，密封圈中的壓力足夠高，可以防止泄漏，但在第二幅圖中間隙太大。在流體壓力增加過程中，接觸壓力降至閾值以下，密封圈開始泄漏（流體壓力在密封圈的兩側(cè)）。
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這樣的話，你在history下選擇element時(shí)，雖然顯示的你可以選中單元，但是，你plot出來的都是0，不是真正的壓力曲線。
正確的做法是，將part S-ALE mesh顯示出來，然后再選擇你想查看的 單元
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