靜態氣動仿真的案例
Fluent 合成風法高速列車橫風靜態氣動特性仿真（一）
本案例利用Fluent 合成風法對高速列車橫風影響下的靜態氣動特性展開仿真，主要是對比了幾種不同邊界條件的影響，確定更為合理的邊界條件，為后續的橫風計算提供參考。對橫風32m/s（風向角90°）、行駛速度為300km/s的復興號展開仿真，該案例所用模型為假設模型，僅作計算設置參考。通過此案例后續可以對不同橫風角度、不同模型、不同行駛速度等工況展開類似仿真計算。
1 合成風法說明
當給定邊界條件時，對于側風的設置如下：假設動車組列車的行駛速度為v，列車運行方向為向左運行，此時風作用于列車的空氣流動的速度為?v。給定一個確定的側風速度w，側風向下作用，風向角度為a。由于作用于列車運行方向反向的空氣流動速度與作用在列車側壁上的側風速度共同作用，產成了合速度u。在計算過程中，設置合速度u為入口邊界速度矢量。
2 workbench 設置
本案例計算模型簡單，且為瞬態計算，僅需選擇Fluent（帶網格劃分模塊即可），相關的workbench設置如下圖：
3 SCDM 設置
3.1 導入幾何
本案例對比了常見的兩種建模方式，與三種不同的邊界。
建模方式一
建模方式二
可以發現，主要區別在于列車的角度，建模方式一列車平行于x軸。建模方式二列車與x軸有夾角。
4 Fluent meshing 設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。具體的劃分結果如下圖所示：
5 FLUENT 設置
5.1 General設置與網格導入
由于本文只探討穩態計算結果，此處的設置比較簡單。
5.2 邊界條件設置
地面設置為free-slip，幾何圖中未標注的其他邊界為對稱面。
展開 Fluent 卷弧翼彈箭靜態氣動仿真（一）
本案例利用Fluent，對TTCP鏡像對稱模型（考慮無旋運動時,和標準模型的氣動特性一致）氣動性能問題進行了仿真計算。該案例僅對TTCP模型的穩態計算進行了簡單演示，用于確定本案例網格劃分、幾何建立的準確性。
本案例來源由相關讀者提供。
本文僅計算了馬赫數為2.0的工況，計算結果與相關文獻結果較為接近。
1 workbench 設置
1.1 選擇流體流動（帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent）
下圖為本案例的workbench界面，實際可以直接采用帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
為了便于后續的旋轉運動，此處選擇將流體域分為內外兩個部分。
3 FLUENT MESHING設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。
4 FLUENT 設置
4.1 General設置
由于是靜態求解問題，此處設置為穩態計算模式。
4.2 材料定義
本案例中會使用壓力遠場邊界，因此需要重新設置空氣材料，設置為理想氣體。
4.3 模型設置
采用k-w SST 湍流模型。
4.4 邊界條件設置
將火箭炮設置為壁面。
將其他壁面設置為壓力遠場邊界。
4.5 計算設置
進行初始化，初步計算100步。
開啟阻力監測，對火箭炮的氣動性能展開監測。
為了準確檢測阻力系數，需要修改相關的計算參考值，具體數值如下。
進一步進行流場計算，直到阻力值趨于穩定。由下圖可知，本案例的阻力系數為0.76。相關文獻的計算結果為0.75，計算結果基本一致，可以用于后續的進一步計算。
展開 Fluent 動網格+UDF 高速列車橫風影響下動態氣動仿真(一）
6.2 后處理云圖結果
對穩定后的表面壓力云圖進行繪制，可以發現，壓力云圖與Fluent 合成風法高速列車橫風靜態氣動特性仿真（一）結果一致。因此為了快速計算，對于橫風影響可以采用合成速度法進行計算。而動網格的方法適合于列車在不同地形中（例如隧道）前進，無法通過靜態模擬的場景。
云圖動畫結果如下圖所示：
PS:陣風模型
陣風模型僅需修改入口速度表達式（后續將開展對變速度入口的介紹）即可，其余設置一致，為了節省篇幅，再此一并介紹。
入口速度表達式如下圖：
相關結果如下：
基于AMESim仿真分析軟件的氣動閥門運動特性研究 AMESim氣動附軟件下載
摘要：基于AMESim仿真分析軟件，對氣動閥門內部的運動規律、閥門內部零組件相互運動關系進行了研究，并采取了非接觸測量方法，測量了閥門內部閥桿運動速度，確定了仿真分析的正確性。結果表明：氣動閥門在打開瞬間，閥桿會有較大的運動速度，并可能發生頂桿與閥桿的反向碰撞問題，給頂桿或閥桿帶來損傷。
關鍵詞：氣動閥門；內部運動規律；運載火箭
引 言
氣動閥門廣泛應用于運載火箭的加注、泄出、排氣等系統，在飛型號的排氣閥、安溢閥，在研型號的加注閥、排氣閥等多采用氣動控制閥。隨著閥門的直徑、流量的 增大，閥門的結構尺寸和重量也越來越大。氣動閥門的控制氣一般為高壓氣（約5 MPa），在此氣體壓力下，強制作動器內的頂桿迅速運動，推動活閥打開。隨著閥門口徑的增大，頂桿、活閥的快速運動和撞擊，帶來了閥門的動強度問題。因此 對閥門內部閥芯、強制頂桿運動規律的研究越來越重要。
張永彬等基于Adams軟件對一種快速泄放閥的響應特性進行了仿真與分析，得出泄放閥閥芯運動規律和內部氣體壓力變化規律；吳建軍等通過Simulink軟件對抽油泵泵閥進行仿真，得到泵筒內的液體壓力變化規律曲線、泵閥打開高度曲線及泵閥運動速度曲線；余鋒等采用ABAQUS軟件分析了保險閥導向桿斷裂故障，得到導向桿設計動強度不足的故障原因；
孫海亮等研究了充氣開關閥桿斷裂問題，得到閥桿斷裂失效機理；潘英朋等提出了一種低溫氣動閥門方案，并對波紋管等關鍵零件進行了計算和分析；王春民等研究了自鎖閥在振動和沖擊環境下性能變化情況。
本文以某火箭用加注閥為例，對氣動閥門內部運動規律進行了研究，采用AMESim軟件對閥門運動特性進行了分析，確定了閥門內部頂桿和閥桿間的運動關系，并采用非接觸測量手段得到閥門在打開時的活閥運動速度，以驗證仿真分析的正確性。
展開 
設計仿真 | 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
然后運行仿真計算，通過MSC Apex Structures使用基于MSC Nastran技術的集成求解器。
圖3：約束
亮點與優勢：
? 幾何易于編輯，快速構建有限元模型。
? 對有限元模型中的材料，屬性，網格一致性，連接以及邊界條件進行驗證。
? 有限元模型可以從MSC Apex導出，并在單獨的前/后處理器中使用。
結 果
圖4：變形云圖
圖4顯示了變形結果。左邊是真實比例的變形，未變形的幾何圖形顯示為藍色，而變形的幾何圖形用紅色標記。由于變形與模型尺寸相比非常小，在真實縮放時變形是看不到的，所以在圖片中，變形被放大為模型最大尺寸的5%，很明顯，最大的位移出現在管的左端。
圖5：馮·米塞斯應力云圖
圖5顯示了馮·米塞斯的應力云圖。最大應力的位置用暗紅色標出，很明顯，這些危險部位通常在接頭部位。因此，如果要進行優化設計，需要密切關注這些節點。
展開 設計仿真 | 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
然后運行仿真計算，通過MSC Apex Structures使用基于MSC Nastran技術的集成求解器。
圖3：約束
亮點與優勢：
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? 對有限元模型中的材料，屬性，網格一致性，連接以及邊界條件進行驗證。
? 有限元模型可以從MSC Apex導出，并在單獨的前/后處理器中使用。
結 果
圖4：變形云圖
圖4顯示了變形結果。左邊是真實比例的變形，未變形的幾何圖形顯示為藍色，而變形的幾何圖形用紅色標記。由于變形與模型尺寸相比非常小，在真實縮放時變形是看不到的，所以在圖片中，變形被放大為模型最大尺寸的5%，很明顯，最大的位移出現在管的左端。
圖5：馮·米塞斯應力云圖
圖5顯示了馮·米塞斯的應力云圖。最大應力的位置用暗紅色標出，很明顯，這些危險部位通常在接頭部位。因此，如果要進行優化設計，需要密切關注這些節點。
展開 電磁鐵運動和溫升耦合仿真---Maxwell的靜態、瞬態和Icepak耦合仿真 ￥29
模型如圖所示
1.瞬態運動分析
動作器在線圈通電狀態下，其周圍產生磁場，將上方的銜鐵吸合，其設在采用瞬態方法，計算在短時間時間內的運動狀態，本例計算了1ms的時間，電流采用1000*4A，銜鐵考慮了其重量和轉動慣量的影響，轉動慣量可以將模型導入到ansys結構分析中，查看在對應坐標系下的轉動慣量，分析結果如圖所示
分析結果顯示銜鐵在0.95ms左右閉合，速度逐漸增大，另外銜鐵受到的扭矩可以看到隨著閉合其受力顯著增大
2.靜態磁場分析
取值閉合狀態進行靜態磁場分析，獲取其磁場分布和功率損耗
3.溫升分析
在Maxwell中插入Icepak模塊，將磁場分析模塊的模型復制進來，設置網格劃分的水平，設置空氣域的邊界條件，然后設置相應的發熱功率EMloss，讀取本次磁場分析的模型，軟件自動讀取功耗，設置setup，設置相應的流體分析收斂數值
另外本實例需要注意的是重力方向的設置，默認的的重力是不考慮的，
其網格如下所示，可以看到Maxwell繼承了Icepak的網格劃分方法，完全為結構化網格，相當的規則，需要注意的是模型當中不能出現曲線，都需要設置成多邊形模式
溫度分布如圖所示，可以看到鐵芯和線圈的溫度類似，銜鐵的溫度偏低，主要是由于其銜鐵和鐵芯沒有直接接觸，故沒有熱傳導的效果，而另外模型是接觸狀態，其溫度類似
相應的流體分布 和流動矢量如圖所示
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展開 Fluent仿真案例-高超音速再入艙氣動熱仿真
再入艙的攻角α=-25°和馬赫數為17.0。幾何形狀如下圖所示，膠囊是對稱的。
1、啟動Fluent導入網格
啟動Fluent軟件，選擇雙精度，設置并行數。
導入網格并顯示。
對于高超音速流場，選擇密度基Density-Based求解器。
2、物理模型
選擇求解能量方程并選擇雙溫度模型選項。在雙溫模型中，一個溫度代表空氣分子的平移能和旋轉能，另一個溫度代表空氣分子的振動能和電子能?？紤]這種熱非平衡對于高超超聲速流的精確模擬是重要的，最重要的是在表面傳熱和溫度的預測。
粘度模型使用k-ω SST湍流模型，保留默認設置。
3、材料
默認的流體材料是空氣，這是此問題中的工作流體。對于高超聲速流來說，考慮可壓縮性和熱物理性質隨溫度的變化是很重要的。這將在選擇使用雙溫度模型時自動完成，以確保使用適當的屬性。
4、操作條件
設置操作壓力為0。
5、邊界條件
“inflow”邊界：如下，并設置溫度為250K。
“outflow”邊界：如下，并設置溫度為250K。
“wall”邊界：設置溫度為1500K。
6、求解
求解方法和離散方法如下。
庫朗數和松弛因子如下。
設置求解限制。
初始化設置。
迭代步數設置為
展開 ANSA與ABQUS聯合仿真-線性靜態分析
大多數工程問題，為了保證一定的安全性，都需要部件的最大應力小于材料的屈服極限，所以僅通過線性靜態分析已能得到相對比較滿意的結果。線性靜力分析是一種應用最廣泛的一類分析類型。常用于線彈性材料、靜態或動態穩定狀態加載的工況。
線性
材料的線性：金屬的應力應變曲線，如下圖所示，通常分為四個階段：彈性階段、屈服階段、應變硬化階段和頸縮斷裂階段。線性表示材料線性彈性行為階段elastic behavior，應力-應變曲線僅考慮線性的部分。在應力低于比例極限的情況下，應力σ與應變ε成正比，即σ=Εε；式中E為常數，稱為彈性模量或楊氏模量，是正應力與正應變的比值，彈性模量的單位與應力的單位相同。
并且結構發生的是小位移、小應變、小轉動、剛度不隨結構變形而變化。
靜態
靜態是指力是靜態的，力為常值。
ANSA中ABAQUS線性靜力學分析
ANSA前處理線性靜力學分析包含以下幾個步驟：網格劃分，Properites單元類型設置，Materials材料屬性設置，ABAQUS模塊下BOUNDARY約束設置，ABAQUS模塊下LOADS載荷加載與分析步*STATIC設置.
網格劃分
網格劃分可參考《ANSA入門基礎教程》,學習網格劃分的方法。
Properites單元類型設置
Properites設置選擇工具欄中Prop，雙擊打開部件屬性，設置TYPE為C3D_,optional1設置為I.因單元為一階六面體，共8各節點，所以最終單元屬性為C3D8I.
展開 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
然后運行仿真計算，通過MSC Apex Structures使用基于MSC Nastran技術的集成求解器。
圖3：約束
亮點與優勢：
? 幾何易于編輯，快速構建有限元模型。
? 對有限元模型中的材料，屬性，網格一致性，連接以及邊界條件進行驗證。
? 有限元模型可以從MSC Apex導出，并在單獨的前/后處理器中使用。
結果
圖4：變形云圖
圖4顯示了變形結果。左邊是真實比例的變形，未變形的幾何圖形顯示為藍色，而變形的幾何圖形用紅色標記。由于變形與模型尺寸相比非常小，在真實縮放時變形是看不到的，所以在圖片中，變形被放大為模型最大尺寸的5%，很明顯，最大的位移出現在管的左端。
圖5：馮·米塞斯應力云圖
圖5顯示了馮·米塞斯的應力云圖。最大應力的位置用暗紅色標出，很明顯，這些危險部位通常在接頭部位。因此，如果要進行優化設計，需要密切關注這些節點。如需要更詳細的建模，在局部使用更精細的網格，MSC Nastran可以進行后續疲勞分析或壁厚優化。
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。
展開 準靜態力學的斷裂失效仿真 ￥100
所以提出一種基于準靜態力學的斷裂失效的仿真方法。
軸流通風機葉片模態仿真及其對氣動噪聲的影響
仿真結果與試驗結果的對照
試驗是在葉輪安裝狀況下通過錘擊法進行的，支架剛度很大，忽略支架的影響 認為結構在20?200Hz范圍內的振動模態頻率由葉輪決定。試驗得到的葉輪模 態頻率值為58.17Hz,83.38Hz,88.69Hz,154.8Hz仿真得到的模態頻率值約為 62Hz、 80Hz、88Hz和152.2Hz。試驗檢測得出的頻率與仿真結果對應關系較好 ，因此相 互得到了驗證。由于振型試驗比較復雜，所以沒有進一步作振型試驗，后面將利用 仿真的數據來觀察振型。
4 考慮預應力和旋轉軟化在真實狀況下葉輪是運動的，由于離心力和氣動載荷 的影響,葉輪產生拉伸變形，模態有可能與靜止狀況有很大不同，所以必須予以考 慮。影響旋轉件頻率變化的一種原因是由于離心力對葉片運動產生的預應力的影 響，造成了葉輪剛度的增大，使運行狀況下模態頻率升高。
另一種原因：旋轉軟化,旋轉軟化使模態頻率降低。其原理可以用一個簡單的彈 簧-質量旋轉系統說明，彈簧垂直于旋轉軸，當彈簧剛度很高而旋轉加速度很小時, 認為彈簧變形很小。
展開 基于實際工程的飛行器氣動設計與仿真
在飛行器氣動設計中總會遇到一些技術難點，本文無法給出大家實際遇到問題的解決方法。但想從以往實際工程中“捅破這層窗戶紙”的角度提供一些經驗供大家參考，如果看完本文，您也感到“哦，原來如此”，就算達到了本文的目的。
本文是從氣動專業的角度，通過多年的設計、試驗、仿真經驗，跟大家探討交流一下直接的體會感受。當然，這些直接工程上的做法，并非作者一人之功，實來源于無數前輩及周圍優秀同事，本文無法一一點到，望曾經一起攻堅的戰友們見諒。
2. 跨速域飛行器的布局設計
空氣動力學將流動分為亞音速、跨音速、超音速及高超音速，無疑跨速域飛行器在氣動布局上考慮的因素更多，因此本文以典型跨速域飛行器：戰斗/偵察機及可復用火箭/飛船，展開方法的介紹及論述。
圖1 典型跨速域飛行器
2.1. 傳統跨速域飛機氣動布局指標的提出
一個新構型的氣動布局必然由需求牽引而出，大國之間軍事對峙的典型場景即為軍機之間的跟飛、纏斗，戰爭期間，先進戰斗機則直接意味著制空權。因此，戰斗機性能優于對手的需求，在世界成為地球村之前是一直存在的，此即為推動戰斗機性能提升的動力。
一代空氣動力學理論的突破，一代戰斗機氣動布局的跨越?？缫羲倜娣e率的出現，使得戰斗機進入超音速時代；邊條渦升力理論，戰斗機具備了大迎角高機動能力。
圖2 戰斗機氣動布局的更迭
具有良好氣動布局外形的飛機通過不斷地更新發動機和記載設備可使其服役期延長幾十年，而這不僅僅限于軍用飛機。上世紀40年代的安2運輸機，其優異的氣動布局，使得至今其仍具有蓬勃的生命力。因此，在飛機設計中，氣動布局設計，尤其是先進氣動布局設計占有極其重要的地位。
展開 Simcenter Amesim氣動仿真軟件在油氣行業的應用實踐
收益
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準確預測多學科復雜系統的性能
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在設計過程早期做出正確的選擇
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連接到控制設計，幫助您實現控制算法的評估和驗證
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開放的接口環境，易于實現與公司現有軟件環境的集成
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可靠獨家的原廠技術支持與服務，全面集成系統仿真，CAE仿真，測試分析能力與一體。
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豐富的行業工程服務經驗
2. 概述
西門子工業軟件為油氣行業提供完整的數字化解決方案,用于解決行業所面臨的復雜多學科系統建模分析問題。同時專業的Simcenter工程與咨詢服務團隊，集成了測試和仿真能力，全面支持您的技術開發周期在各個階段的工程需求。從設計優化和trouble shooting到技術轉讓和工藝開發，幫助您實現復雜的產品設計目標和最關鍵的產品開發問題的突破。
Simcenter Amesim軟件提供一系列專業的行業系統仿真解決方案。先進的CAE解決方案和先進工具，采用圖形化、用戶友好的方式環境，可以靜態/動態研究各部件，子系統，復雜系統的性能。
3. 特點
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創新、開放的機電一體化設計仿真平臺
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經過工程驗證的豐富專業元件庫，全面覆蓋您不同的專業需求
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為工業復雜系統提供高效、可靠的動態/穩態仿真
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內置系統分析工具，可以根據元件在數值計算中的各種指標來優化仿真模型的架構。實現多級復雜度模型的高效工程應用。
展開 基于FLUENT的氣動噪聲仿真的理論基礎及實例
Fluent仿真計算氣動噪聲（CAA）的原理是基于FW-H方程，這組方程就是氣動聲學研究的主要路線。網上有很多介紹，就不再贅述了。Fluent計算氣動噪聲的流程就是在通過準確的CFD流場計算得到流場壓力變化時程，這是CAA計算的基礎。一般來說，聲源的計算需要采用高級的湍流模型，如LES、DES，進行非穩態計算來實現。當然，URANS模型也可，不過計算出來的結果往往只有主要特征的影響，得不到細節方面的東西。
下面三個官方培訓算例，準確全面地介紹了CAA仿真。
圓柱繞流氣動噪聲FLUENT仿真
圓柱繞流噪聲原理就是把圓柱表面劃分成一個個的微元，每個微元當做一個偶極子聲源，聲源的強度就是脈動壓力大小，然后對每一偶極子求解波動方程，得到其在聲接受點處的輻射聲壓，再把每個偶極子所產生的聲壓相加，就得到了總聲壓。FLUENT的聲學模塊就是通過利用CFD的計算結果，對FW-H方程求積分解，得到圓柱繞流噪聲。
Helmholtz共振腔氣動噪聲FLUENT仿真
亥姆霍茲共振腔是一種以開放的孔通過氣體的容器，最簡單的就是一個空瓶子，當在頂部吹氣時，里面的空氣振動，可以聽到低而響亮的聲音；在澡堂里，穿著拖鞋走在一洼一洼的水漬中，經常聽到吱吱的聲音，也可以看成是亥姆霍茲共振腔的貢獻；工程中的應用也很廣泛，輪胎的胎噪，最主要的聲源也是輪胎花紋和路面之間空腔形成的亥姆霍茲共振腔，不同行駛速度可以看成為流動空氣的速度，因而胎噪通常與車輛行駛速度直接相關。
汽車運行過程中寬頻氣動噪聲FLUENT
汽車行駛中外流場與車身表面發生作用形成的噪聲為寬頻噪聲。當車輛高速行駛時，一方面車輛與周圍的空氣流場產生劇烈的相互作用，流場就在車輛表面形成一個邊界層，同時產生強大的分離流、渦流和湍流。流動中的渦流和湍流相互作用，產生強大的脈動壓力，脈動壓力激勵車身壁板，在車內產生輻射噪聲。
展開 