流體材料的案例
整流罩地面分離過程仿真 ￥19.89
基于流體體積法，用戶可定義每個歐拉單元內的歐拉體積分數，若材料充滿某一單元，則體積分數為1；若單元內無材料，則體積分數為0。歐拉體積分數的定義極大方便了復雜歐拉材料的建模。
5）通用接觸設置。用戶只需在通用接觸中選擇接觸類型，即可定義流體材料與結構幾何邊界的歐拉-拉格朗日接觸。
1.4.3 光滑粒子流體動力學（SPH，smoothed particle hydrodynamic）算法
光滑粒子流體動力學是一種無網格數值方法，用大量離散的光滑粒子的集合定義流體材料，從而通過插值離散化連續方程組。其理論核心為核函數，實質是一定光滑長度范圍內其他臨近粒子對研究粒子影響程度的權函數，如圖3所示。
圖3 核函數
SPH可有效解決流體流動和自由表面等問題，但存在以下不足：
1）屬于傳統的拉格朗日方法，在處理大變形問題時結果準確性不如CEL。
2）其計算效果依賴于對于光滑粒子的建模，若粒子布置不均勻，可能會造成流體材料質量分布不均。
3）適合單線程計算，當粒子數量較多時對多線程計算有限制。
4）Abaqus使用SPH的步驟較為繁瑣，首先在Abaqus/CAE中創建質量單元，再寫入輸入文件。
1.5 Abaqus/Explicit優勢分析
有限元仿真領域對流固耦合問題一般采用計算流體動力學（CFD，Computational Fluid Dynamics），目前較為主流的求解器包括CFX、Fluent、COMSOL。這些傳統求解器相對于Abaqus/Explicit的劣勢包括：
1）以流體為核心，流體材料產生運動或變形后再將信息傳遞給固體結構，與整流罩地面分離過程截然相反，難以滿足初始時刻的情況。
2）不同程度簡化了氣動載荷，對結果精度產生較大影響。
展開 華東理工大學田禾院士、馬驤教授團隊Angew：有機室溫磷光材料研究新進展
近日，華東理工大學費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心田禾院士、馬驤教授團隊在純有機室溫磷光（RTP）研究領域取得了新突破，報道了一種可以構建高效有機RTP流體材料的通用策略，相關研究成果已在線發表于《德國應用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202107323)。
眾所周知，純有機體系的三重激發態容易在高溫和氧氣環境中失活，因此開發有機染料在極端條件下的三重態發光功能已經成為這個領域重要的研究議題。相比于固體有機RTP材料，流體有機RTP材料可以應用于更多特殊應用情景中，比如用于不規則表面的涂層發光等。此外，高溫磷光有機染料在很多情景下亦具有重要的應用價值，因此發展具有高溫磷光發射的流體純有機磷光材料的通用性構建策略具有重要意義和價值。構建純有機RTP材料的主要設計思路之一是通過構建染料分子的剛性外部環境以抑制三線態激發態回到基態的非輻射失活過程。因此，柔性軟材料一直被認為難以作為剛性化基質抑制三重激發態的非輻射失活以產生高效室溫磷光。目前只有極少數量子效率很低的流體有機RTP材料的報道。
該團隊報道了一種可以構建高效流體有機RTP材料的通用策略：通過低共熔策略將多個高熔點的純有機組分混合加熱，就可以制備出了一系列在室溫環境下具有流動能力的基質。此基質具有宏觀流體性能，且可以有效抑制流體中摻雜的有機磷光染料的非輻射失活和氧氣猝滅效應，甚至讓只能在室溫或是低溫條件下發光的有機磷光染料在高溫（85℃）時也可以發射中等強度的磷光。
展開 無需超材料的“流體隱形斗篷”，讓物體在流體中隱形 | NSR
超材料的出現讓“隱形”夢從科幻照進現實。然而超材料設計復雜、制造困難，難以量產。在最近發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR）的文章中，新加坡南洋理工大學羅宇、張柏樂所在的研究團隊設計了一種無需超材料的針對流體的隱形斗篷。該斗篷可使流體在繞過障礙物時保持原有的運動軌跡，從而在流體運動下有效地隱藏大尺度物體。
在《哈利·波特》系列的第二部中，一件神奇的“隱形斗篷”發揮了巨大的作用。
哈利·波特的隱形斗篷
2006年，倫敦帝國理工學院的John Pendry爵士首次提出基于超材料的隱形技術，人類的隱形之夢開始從科幻照進現實。從那時開始，隱形技術研究變得炙手可熱，不同版本的隱形斗篷相繼問世。其中有可使物體對可見光透明光學斗篷，也有使物體不被雷達探測到的雷達斗篷，還有可使物體在聲納中隱形的聲學斗篷等。
然而迄今為止，所有實驗實現的隱形斗篷都依賴于超材料。被隱藏的物體通常都是小尺度的。超材料是一類具有特殊功能的人造材料，可以操控光、聲音或者流體在其中的傳播速度，從而實現隱形。然而，超材料單元結構的制造通常涉及復雜的微納加工，這使得大尺度隱形裝置的實驗實現變得尤為困難。
展開 關于LS-DYNA爆炸分析清單
此時對炸藥及其它流體材料采用Euler算法，對其他的結構采用Lagrange算法,然后通過流固藕合方式來處理相互作用該方法的優點是炸藥和流體材料在Euler單元內流動，部存在單元的畸變問題，并通過流固耦合方式來處理相互作用，能方便的建立爆炸模型(流固分開建立)，缺點是不能清晰的捕捉物質界面
2、爆炸分析所涉及到的關鍵字
1）材料模型
*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN(炸藥材料)
*MAT_ NULL(空氣、水等材料)
*MAT_ OPTION(其它結構材料)
炸藥的狀態方程
*EOS JWL(各種炸藥)
*EOS_IGNITION_AND_GROWTH_OF_REACTION_ IN_HE(推進劑燃燒)
*EOS JWLB(各種炸藥)
流體材料的狀態方程
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL(空氣)
*EOS_GRUNEISEN(水、油等)
2）接觸類型(用于拉格朗日方程)
*CONTACT_2D_SLIDNG_ONLY(軸對稱問題，平面應力應變問題)
*CONTACT_SLIDING_ONLY(三維問題)
多物質材料
*ALE_MULTI_MATERIAL_GROUP
*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP
*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE
*ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE
*ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH
流固耦合
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID
ALE算法選項控制
*CONTROL_ALE
*ALE_SMOOTHING
3）MID-材料號
RO-質量密度
D-爆炸速度
PCJ-Chapman-Jouget壓力
4）在一致單位系統中，壓力的單位為Mbar
展開 
妙用Icepak特殊流體功能模擬局部真空
結合仿真案例，本文介紹了Icepak的3項特殊功能(設置)(帶殼流體塊，靜止流體塊，求解時偽瞬態)，完美解決了局部真空的建模問題。
2.帶殼fluid block
Icepak的fluid block可以對單獨的面設置屬性如圖1，右側的resistance如果選擇thickness則可以設置面的固體材料，形成“帶殼”fluid block，作用等同enclosure。
圖1
建立模型如圖2，紅色方塊為帶殼流體塊，流體材料、6個面的固體材料、表面材料均為默認值，內部小方塊為鋁塊(默認材料)，發熱量60W。計算域-Y面為opening速度入口0.3m/s，+Y面為opening壓力出口(選中static pressure)，其余4個面均為external conditions為temperature的wall。環境溫度20度，考慮輻射(DO模型)，重力方向-X。
圖2
求解獲得鋁塊溫度場如圖3，垂直于Z軸的總體速度剖面如圖4，垂直于Z軸的鋁塊周邊速度場如圖5。
展開 高分子材料流變學簡介-流體
假塑性流體
隨著剪切速率值的增大而粘度下降的流動稱為假塑性流動，具有這種性質的流體稱為假塑性流體或剪切稀化（shear thinning）型流體。絕大多數粘彈性流體都屬于假塑性流體，如聚合物溶液、聚合物熔體、油漆、涂料等等，當原油在凝點以下，以及稠油都會表現出一定的假塑性。
典型的假塑性流體的流動曲線中分為三個區域：當剪切速率接近0時，流體流動性質與牛頓型流體相似，粘度趨于常數，稱為零剪切粘度η0。這一區域稱為線性流動區，或第一牛頓區。零剪切粘度是物料的一個重要材料常數，與材料的平均分子量、粘流活化能相關，是材料最大松弛時間的反映。
當剪切速率超過某個臨界剪切速率后，材料流動性質出現剪切變稀行為，這個區域是高分子材料加工的典型流動區。這時曲線上一點的切線與縱坐標的交點類似塑性流體的屈服點，故稱為假塑性區域，或非牛頓流動區，或剪切變稀區域。
當剪切速率非常高，剪切速率又會趨于另一個定值，稱為無窮剪切粘度，該區域被稱為第二牛頓區。實際上這一區域很難達到，因為在此之前，流動已經變得極不穩定，甚至被破壞。
脹流性流體
脹流性流體的主要特征是剪切速率很低時，流動行為類似牛頓流體；剪切速率超過某一個臨界值后，剪切粘度隨剪切速率增大而增大，呈剪切變稠效應，研究發現，發生剪切變稠時，流體表觀“體積”略有膨脹，故稱為脹流性流體。
大多數脹流性流體為多相混合體系，其中固體物含量較多，且侵潤性不好，當發生剪切變稠時，流體內多形成新的結構。以泥沙的脹流性行為來理解：通常狀態下，不規則的泥沙顆粒緊密堆砌，顆粒間有一定間隙，其中充有流體，起潤滑劑作用。當收到外力作用，原來的緊密堆砌結構被破壞，形成新的結構。不規則的泥沙顆粒因“位錯”而是空隙變大，體系“膨脹”。原有對固體粒子流動起潤滑作用的流體滲入下方的空隙中，使上部的流體顯得不足，從而使流動更加困難，“粘度”增大。
展開 微流體技術:精細化學品合成與納米和多孔材料的制備
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垂直軸風力機數值仿真——Fluent計算篇 ￥1
wx_fmt=png" height="152.67999267578125" width="482.10003662109375"></p><p>2.仿真設置</p><p>仿真設置需要對流體材料、邊界條件、計算域以及仿真時間及步長進行設定，根據具體問題設定檢測變量，監測點的設置能夠有效的幫助收斂性的判斷。本案例采用滑移網格分析，選擇瞬態（Transient）分析。</p><p>1）流體材料設置</p><p>流體材料為空氣，密度為1.225kg/m3，動力粘度為1.831e-5kg/(m s)。 </p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/5hWSLllz0ed6pjKVwLbeV4UbZh1dOMRweBDq38tSfpCQXzjBXgrTVIxMeolQ6k9mT0gw043DPtMcUQXfSKTPgg/640?wx_fmt=png" height="289.5899963378906" width="513.52001953125"></p><p>2）計算域設置</p><p>風輪選擇“Mesh Motion”，轉速通過表達式給定，設定為15rad/s，轉軸默認（0,0,1）。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/5hWSLllz0ed6pjKVwLbeV4UbZh1dOMRwPGibgYib52yMSFxatwGJ9bfE4z3w3jv8yJoANQgSUNribvYkOoLMCiayPQ/640?
展開 Workbench仿真教程：水流沖擊橋墩仿真
選擇k-epsilon
定義流體材料屬性：雙擊Setup-Materials-Fluid-air
跳出上圖的功能框，點擊紅框內的按鈕：Fluent Database。
跳出上圖的功能框，在Fluent Fluid Materials中下拉，看到water-liquid（h2o<l>），選擇該材料（本次仿真內容為橋墩受水流沖擊，因此流體材料為水。同學們做自己的仿真時，可以根據自己要做的項目自行定義流體材料），點擊Copy，之后關閉所有功能框
找到Setup-Cell Zone Conditions-Fluid-fluid（fluid，id=3）,雙擊
跳出上面的工具框，找到Material Name，在右側的下拉菜單中選擇water-liquid。完成后點擊Apply-Close
現在定義邊界條件：雙擊Setup-Boundary Conditions-Inlet-inlet(velocity-inlet, id = 7)
在彈出的窗口中：Velocity Magnitude：20m/s。在Turbulence中，在Specification Method中選擇：Intensity and Hydraulic Diameter，在Turbulent Intensity（%）中填入：1.8。在Hydraulic Diameter（m）中填入：4。
展開 盛水水箱的模態分析
處理過程中需要注意以下幾個方面的問題：
1、單元的選擇；
2、流體材料模式；
3、流固耦合關系的定義；
4、模態提取方法。
水箱采用SHELL63單元，水箱中的水采用FLUID30單元，以下即為整個流固耦合模態計算的命令流文件：
length=1
width=0.6
height=0.8
/prep7
et,1,63
et,2,30 !選用FLUID30單元，用于流固耦合問題
r,1,0.01
mp,ex,1,2e11
mp,nuxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
mp,dens,2,1000 !定義Acoustics材料來描述流體材料-水
mp,sonc,2,1400
mp,mu,2,
!
block,,length,,width,,height
esize,0.1
mshkey,1
!
type,1
mat,1
real,1
asel,u,loc,y,width
amesh,all
alls
!
type,2
mat,2
vmesh,all
fini
/solu antype,2
modopt,unsym,10 !非對稱模態提取方法處理流固耦合問題
eqslv,front
mxpand,10,,,1
nsel,s,loc,x,
nsel,a,loc,x,length
nsel,r,loc,y
d,all,,,,,,ux,uy,uz
nsel,s,loc,y,width
d,all,pres,0
alls
asel,u,loc,y,width
sfa,all,,fsi !
展開 自主CAE | 基于PERA SIM Fluid的汽車油箱加注過程仿真（含免費培訓）
圖5 湍流模型設置
創建兩種流體材料，分別為空氣和汽油，其密度和動力粘度數值如圖所示。
圖6 材料物性設置
多相流模型選擇VOF模型，將主相設置為空氣流體材料，將分相設置為汽油流體材料。
圖7 多相流模型設置
計算域內各邊界條件如下：
油箱的入口邊界設置為質量流量入口，空氣相的質量流率為0 kg/s，汽油相的質量流率為0.37 kg/s，對應的體積流量為30 L/min。
圖8 入口邊界條件的設置
出口邊界設置為壓力出口，混合相的靜壓為0 Pa，汽油相的回流體積分數為0。
圖9 出口邊界條件的設置
2.3 求解設置及計算
選擇PISO算法，壓力的格式選擇體積力加權，動量和湍流的格式選擇二階迎風格式，體積分數的格式選擇HRIC格式，時間的格式選擇一階格式。
圖10 求解方法的設置
使用初始化功能設置初始的液位高度。在全局初始值中，設置全場初始的汽油體積分數為0。在局部初始化中，使用方盒定義出初始液位高度以下即Y坐標小于-0.09m的區域，汽油的體積分數為1。
圖11 初始化的設置
瞬態計算的時間步長設置為0.005 s，總的時間步數為12000步，即實際計算的物理時長為60 s。每間隔100個時間步即0.5 s輸出一個計算結果用于后處理。PERA SIM Fluid支持本地或遠程的并行計算，設置合理的并行核數開始計算。
圖12 計算設置
3.計算結果分析
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3.1 模型建立及簡化
直接導入分析的幾何模型。
展開 
Fluent筆記總結1
非耦合求解（Segregated）方法主要用于不可壓縮或壓縮性不強的流體流動，耦合求解用于高速可壓縮流動。有強的體積力（浮力或離心力）的流動，求解問題時網格要比較密，建議采用耦合隱式求解方法；
3. 耦合解法器沒有的模型包括：多相流模型，混合分數/PDF燃燒模型，預混燃燒模型，污染物生成模型，相變模型，Rosseland輻射模型，確定質量流率的周期性流動模型及周期性換熱模型等；
4.
對于薄壁換熱，Fluent提供三種方案解決此類問題：
1. 直接創建有厚度的壁面；
2. 在邊界參數設置時，指定壁面厚度與材料；
3. 利用shell conduct模型；
5. 在Wall設置中Free Stream Temperature為壁面流體側遠處自由流動的溫度；
6. 在計算固體間傳熱時，在Equations不選Flow，因為此時不涉及流場計算；
7. Internal Emissivity設置壁面材料的發射率；
8. 若溫度差別很小（<1K），溫度云圖雖然顏色不同，但是標尺值相同；
9. VOF模型中Level set為界面重構法；
10. 輻射模型中：S2S模型并不會考慮對流體介質的輻射作用，因此材料參數中并不包含流體材料的熱輻射參數。但是流體材料會參與熱傳導計算；
11. 取消Flow方程選擇，意味著不計算流體流動，但是仍然會考慮導熱；
12. 瑞利數：Ra=gβ△TL^3*ρ/μα，對于空氣，α=0.000024m2/s，β=0.00367；當Ra>1e8時，為湍流自然對流；
13. 數值耗散存在所有流動問題，其來源于截斷誤差，盡量采用二階離散格式；當流動方向與網格方向一致時，數值耗散最小；
14.
展開 液固耦合-大桶水的跌落分析
在歐拉網格中，材料在固定的網格內流動，在每一個增量步中，計算每個單元內的材料分布，也就體積填充率。通過材料分布來描述流體的變形狀態。因此，歐拉材料邊界比傳統的拉格朗日材料邊界更適合用來描述極度的大變形現象，比如液體晃動。
網格中，使用一個規則的立方體來模擬歐拉區域。流體只能在這個歐拉區域內流動，因此歐拉區域要完整地覆蓋流體可能運動到的地方。歐拉和拉格朗日單元的重疊是允許的，因為流固耦合發生相互作用的區域為賦予拉格朗日材料的單元邊界和賦予歐拉材料的單元邊界。所以必須定義歐拉網格中歐拉材料的初始位置。
默認情況下，歐拉網格內是沒有任何材料的。歐拉部件在賦予截面屬性時并不是像常規部件賦予屬性一樣，它僅提供了一系列可以在歐拉區域內使用的材料。在創建完截面屬性后，用戶必須在load模塊的初始場定義中去為相應的歐拉網格區域賦予相應的材料屬性。
歐拉網格區域內材料的分布情況用Eulerian volume fraction-歐拉體積分數來定義，它表示一個單元內有多少體積是被賦予的材料填充。Abaqus/CAE提供了一個輔助材料填充定義的工具，極大地簡化了初始材料體積分數的定義，尤其是對于復雜歐拉材料區域的的定義。簡單地說就是通過volume fraction tool定義一個離散場。該離散場是歐拉體與參考體之間做的一個“交”布爾運算。該離散場被賦予相應的歐拉材料。
在后處理中可以通過觀察EVF變量來觀察流體材料的流動情況。
SPH技術方法中，水是使用連續的偽顆粒質點來模擬，在顯式分析的每一個增量步中，更新質點的運動。這種方法穩健第解決了大液面的猛烈晃動問題。偽顆粒使用PC3D單元來模擬，這種單節點單元可以以較少的單元數獲得較大的計算精度。abaqus/CAE不支持該方法，可以通過編輯關鍵字來生成INP。
展開 基于Hypermesh和Nastran的聲固耦合頻率響應分析
圖1 結構有限元模型
材料類型為MAT1各向同性材料。材料參數為：彈性模量2e5Mpa 泊松比0.3
密度7.85-9ton/mm^3
單元類型為shell。
內部為空氣，如圖2所示。
圖2 聲腔有限元模型
材料類型為MAT10 流體材料。材料參數為：密度1.2e-12 ton/mm^3 聲速340000mm/s
單元類型為Psolid，需要注意的是在Psolid的第八域內設定為PFLUID表示為流體單元。
另外需要將組成流體單元的節點的第七域設定為-1，表示組成流體單元的節點。
（Card Edit-Nodes-Edit進行設定）
展開 NVH仿真教程-車室聲腔模態分析
這一步設置把聲腔模型的節點設置為流體節點；
最后定義材料屬性，車室聲腔模型的材料選擇流體材料類型MAT10，設置材料密度1.2e-12 ton/mm^3，聲速340000mm/s. 同樣，由于座椅除了骨架外其余大多由海綿等多孔材料組成，其中填充著大量的空氣，所以座椅的材料選擇也流體材料類型MAT10，設置材料密度1.2e-11 ton/mm^3，比空氣的密度略大，聲速340000mm/s.
最好，檢查一下聲腔模型的網格質量，如無問題，聲腔網格模型就建立完成，下一步可用于模態分析。
聲腔模態分析
求解模態的方法與詳細的參數設置請參考”流固耦合系統模態分析“ ，下面給出本次聲腔的前4階模態計算結果：
上圖的左上為第一階縱向模態，右上為第二階縱向模態，左下為橫向模態，右下為縱向橫向交織模態。圖中的顏色表示壓力的大小，車身不同位置的壓力是不一樣的，有的地方壓力位 0。壓力為 0 的地方的連線稱為聲腔模態的節線，類似于結構模態的節點，當聲腔受到外界激勵的時候，聲壓變化大的地方響應大，即靈敏度大，而聲壓沒有變化的地方，外界的激勵不引起任何變化。
車身的每一階聲腔模態有特定的形狀，表示特定的聲壓分布。隨著模態階次的增加，聲腔模態形狀將會越來越復雜。
來源：汽車NVH仿真
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