數值模擬降水的案例
學習記錄——Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
今天學習的案例是Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數值模擬。難點是小車行駛過程中整車產生的重力引起的輪胎變形的不同等效形式和復雜時域載荷如何施加到系統模型當中。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
下面是本案例的思維導圖。
展開 【CFD數值模擬算例】水面浮體（浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應數值模擬
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術，模擬實際海洋環境中的波浪。
調整波浪參數，如波高、波長、周期等，以匹配實際條件。
3、流固耦合分析
設置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動網格技術，以適應浮體的運動。
應用合適的數值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動力響應計算
求解浮體的運動方程，得到其位置、速度和加速度隨時間的變化。
分析浮體的動力響應，包括振幅、頻率和響應譜等。
5、結果可視化與驗證
使用可視化工具，展示浮體的運動軌跡、波浪形態和流體動力變化。
通過與實驗數據或其他可靠來源的對比，驗證模擬結果的準確性。
6、參數化與優化
改變浮體的幾何參數、材料屬性或運行條件，觀察其對動力響應的影響。
基于數值模擬結果，提出浮式風電塔設計的優化建議。
7、模擬報告與文檔
編寫詳細的模擬報告，記錄模型設置、方法、結果和結論。
整理相關的文檔和腳本，確保模擬過程可重復和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應進行詳細的數值模擬，以支持工程設計和決策。
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
展開 【CFD數值模擬算例】船舶運動數值模擬自動化智能化方法
船舶運動數值模擬自動化智能化防范
【計算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】基于OpenFOAM流體力學開源軟件提出了船舶運動值模擬自動化和智能化方法，可使計算流程自動完成；通過逐個分析不同參數的影響，智能化分析多工況數值模擬結果和大數據平臺，可得到優化的計算參數，從而使數值模擬的人工處理部分最大限度地減少，同時計算過程達到最大程度地簡化，數值計算結果可靠，可滿足工程應用的需求。自動化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數值模擬領域。
【工程應用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創新貢獻】自動化計算流程（一鍵計算）+智能化計算參數優化
【算例文件】關注微信公眾號“云數仿真”進行咨詢或聯系jianchen122004@126.com
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展開 專家解答 | GMS地下水數值模擬、地面沉降數值模擬實踐技術應用與案例分析
通過對案例模型的實操強化培訓，不僅使學員掌握地下水數值模擬軟件GMS10.1的全過程實際操作技術的基本技能，而且可以深刻理解模擬過程中的關鍵環節，以解決實際問題能力。同時為滿足環評從業人員進一步加強地下水數值模擬以解決《環境影響評價技術導則－地下水環境》（HJ 610－2016）實施過程中的困難。
培訓目標：
1.掌握GMS的建模流程，包括三維地質結構建模、直接建模及概念模型建模，熟悉軟件的基本操作。
2.掌握GMS基本模塊TIN、Solids、Modflow2000/2005、MT3DMS、MODPATH、PEST、SEAWAT在模擬地下水流動、地下水溶質運移、質點運移和海水入侵模塊的應用過程。
3.掌握GMS模型輸出數據的處理，相關圖件的編制和模擬結果的三維可視化展示。
4.能夠利用數值模型進行均衡計算和地下水資源量評價。
5.領會最新地下水環境影響評價導則（HJ 610-2016），掌握地下水環評報告的撰寫提綱和撰寫要點。
6.通過手把手的5個實例操作指導和面對面討論交流，使學員能夠全流程掌握數值模擬方法，并能夠對模擬中出現的問題進行快速診斷處理。（請提前配置學習所需軟件環境，所需自備）
課程內容詳情
學時與證書頒發：
參加會議的學員可以獲得《地下水建模及環評技術應用》專業技術培訓證書及學時證明，上網可查。
展開 
【降落傘數值模擬】超音速降落傘流固耦合數值模擬
可利用XFlow軟件模擬流體運動，Abaqus軟件模擬降落傘的受力和運動，兩者結合來模擬真實情況下超音速降落傘的流固耦合運動。 下圖為數值模擬結果。
（1）當馬赫數為1.5時，超音速降落傘流固耦合數值模擬渦量變化結果：
（2）當馬赫數為0.3時，超音速降落傘流固耦合模擬結果流場變化結果：
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【數值模擬】基于CEL方法的戰斗部動爆對建筑目標毀傷效果數值模擬
在此借助強大的工程模擬軟件—Abaqus，采用了CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）方法，對相關案例進行了深入的數值模擬研究。
CEL方法描述
CEL 即耦合的歐拉-拉格朗日方法。這種方法結合了歐拉方法和拉格朗日方法的優點，既可以處理大變形問題，又可以精確模擬物質的流動和混合。在爆炸、沖擊等極端條件下，CEL 方法能夠有效地模擬物質的動態響應和毀傷過程。
戰斗部動爆是指戰斗部在高速運動狀態下發生的爆炸現象。這種爆炸產生的沖擊波具有瞬間、高壓、高速等特點，能夠對周圍環境中的建筑物和人員造成嚴重的破壞和傷害。通過 CEL 方法的數值模擬，可以清晰地看到建筑物在沖擊波作用下的變形、破裂和崩塌過程。
建立模型
建立典型建筑物目標及彈藥幾何模型，樓房為全模型，高度約為14.6 m，示意如圖 1 所示。彈體簡化為殼體和炸藥(紅色填充物)兩部分，如圖 2 所示。導彈末端速度設置為100m/s。為方便查看，隱去了空氣域模型。由于爆炸點距離地面較遠，因此將地面看作剛體以簡化計算流程，設定戰斗部與建筑物墻體碰撞后引爆。
圖1 建筑物幾何模型
圖2 彈體幾何模型
混凝土損傷塑性模型
炸藥采用JWL狀態方程描述，戰斗部殼體參數參考了常見戰斗部材料公開數據，混凝土采用常見的混凝土損傷塑性模型(CDP)，強度選擇C30標準。CDP模型是通過將各向同性下損傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結合的方式來對混凝土的非彈性行為進行描述的，同時考慮了由于拉、壓塑性應變導致的彈性剛度的退化，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力及破壞情況。
展開 學習記錄——Workbench盤式制動器系統瞬態動力
學評估
駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
今天學習的案例是Workbench盤式制動器系統瞬態動力學評估。難點是能量的輸入和輸出決定的是什么和當出現不合理的結果以后如何思考。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：980
楊氏模量：110e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
下面是本案例的思維導圖。
新型鋼網鏤空心樓板試驗、模擬及理論研究 (數值模擬部分)
在荷載增大后，數值模擬的所采用的簡化假定與構件的實際狀態相近，兩者得到的位移趨于一致。而由于數值模擬中未考慮鋼網鏤細鋼絲及鋼網鏤側壁的貢獻，使得模擬的鋼網鏤對其附近混凝土的約束較弱，這可能是有限元模擬得到的荷載-位移曲線后期剛度較小的原因。在14級荷載作用下，空心樓蓋板底的有限元等效塑性應變如圖4 (a)所示，試驗的裂紋分布如圖4 (b)所示，可見數值模擬與試驗得到的現象是較為接近的。綜述所述，所建立的有限元模型能較為準確地預測構件的剛度、變形和破壞現象。
圖3 試驗和數值模擬位移對比
圖4 14級荷載下空心樓蓋板底的試驗現象與數值模擬對比
5. 數值模擬結果分析
在有限元模型經過驗證后，可對數值模擬的結果進行細致的分析，研究裝配整體式帶肋鋼網鏤空心樓蓋的力學性能以及對結構進行優化。常見的結構優化及影響因素分析方法是參數分析，但對于大型有限元模型而言，這樣的方法是需要消耗大量時間和巨大計算成本的。本文利用應力應變云圖和結構各部件在加載過程中的塑性發展歷程進行定性和定量分析，抓住影響結構力學性能的主要因素及影響程度，以便更深入地研究結構的力學性能和快速地進行結構優化。
數值分析的主要結果如圖5所示。根據計算結果進行分析，可以得到如下結論：
（1）空心樓蓋的鋼筋設計是較為保守的。從而，鋼筋的優化方向為：減小框架梁縱筋和中肋梁及暗梁頂部縱筋的直徑。
（2）樓板的優化方向是提高混凝土性能或減小跨度?？蚣苤膬灮较蚴翘岣呋炷列阅芑蛟龃箜數撞拷孛婷娣e。
（3）樓蓋板材料得到相當大程度的利用，若想繼續提高承載力，提高混凝土標號可能是有效的手段。由于框架柱僅頂底部出現一定范圍損傷，而中部較大區域的混凝土仍處于低應力狀態，從而將框架柱設計成啞鈴狀可能是有效提高承載力或降低材料使用量的手段。
圖5 空心樓蓋板計算結果
6.
展開 第七屆全國材料物理模擬和數值模擬學術會議在福州召開
分別是張廷安教授的“低成本鈦合金制備新技術及進展”、謝敬佩教授的“半熔態鑄軋銅鋁復合板界面演變規律及性能研究”（王文炎教授代講）、翟啟杰教授的“金屬凝固過程熱模擬——感悟與實踐”、何鵬教授的“釬焊材料基因工程與智能釬焊”、周建新教授的“復雜鑄件單件化模擬仿真與質量控制方法”、耿林教授的“輕質耐熱鈦基復合材料的設計與制備”、孫明月教授的“增材制造領域的新突破—金屬構筑成形技術研究進展”、 李萌蘗教授的“X140 鋼管道焊接數值模擬仿真”、 雷文杰教授的“有限元極限分析法在煤礦頂、底板中的應用”、 傅高升教授的“凈化處理對高性能鋁材熱變形的微觀組織和晶界特征及其織構演變的影響”、 趙海東教授的“鑄造 Al6Si 合金中富 Fe 金屬間化合物的三維形貌與特征”、 顧劍鋒教授的“熱處理數值模擬技術及其工程應用進展”、 Brian Allen先生的“New Development of Gleeble Technology”。
在隨后兩天的分會場會議上，與會代表就鋁合金、鈦合金、鎂合金、鋼、鐵合金、鎢各種金屬材料的模擬技術和制備技術、成型技術、變形工藝、微觀性能、加工性能和機理，以及材料基因等課題進行深入研究探討，提出解決方案，共交流學術報告63個，其中特邀報告27個。
經過專家評比，會議為12名年輕博士撰寫的優秀論文頒發了青年優秀報告獎。
會后，與會代表參觀了中鋁瑞閩股份有限公司生產現場、中鋁中央研究院東南分院科研現場和展廳。代表們對于東南分院堅持以企業為依托，推進研究成果產業化的模式給予了高度贊賞和充分肯定。同時，一些高校、科研機構也積極和東南分院進行對接，就一些研究成果共同推進產業化達成初步合作意向。
會議對中鋁中央研究院東南分院的支持表示感謝。
資料來源：中國機械工程學會官網，12月17日
展開 凍土路基水熱穩定數值模擬 ￥100
建立了路基水熱耦合計算控制方程， 并通過 COMSOL 軟件二次開發實現了路基凍脹融沉問題的水熱耦合計算。本案例建立成二維模型，物理場采用兩個PDE模塊，分別表示水分場和溫度場，求解器在求解水熱耦合問題中采用瞬態求解器，總時長1年。通過本案例可以學習掌握凍土水熱場耦合模型，詳細案例和文檔文獻說明附后。
Comsol-頁巖氣流固耦合數值模擬案例 ￥300
針對頁巖氣流動過程中骨架變形對氣井產能產生的影響，采用Comsol建立了頁巖氣流固耦合數值模擬案例，該模型考慮了頁巖氣黏性流、 Knudsen 擴散、表面擴散和吸附解吸等多重流動機制，采用離散裂縫模型對水力裂縫進行求解，模型可用于分析流固耦合效應對氣井產能的影響規律，以及其他儲層參數和裂縫參數對產能的影響。
壓力場分布
位移場分布
頁巖氣產量變化
加Q 2446757522 進一步咨詢
CPTU、樁貫入數值模擬abaqus ￥10
<p>數值計算方法</p><p>CPTU貫入試驗的數值模擬計算過程包括：(1) 模型構建；(2) 參數賦值；(3)邊界條件設置；(4) 接觸設置；(5) 網格劃分。</p><p>(1)? 模型構建</p><p>為了簡化計算過程，采用軸對稱幾何模型，CPTU探桿設置為線單元，土體設置為殼單元。錐頭半徑為17.85mm、錐頭截面積為10。側壁摩擦筒的長度為133.7mm，探頭總長為60cm。半徑為1.0m，深度為1.5m，邊界范圍不影響軸心附近的土體受力和變形。在CPTU貫入的數值模擬過程中，涉及土體的大變形破壞。為了提高數值模擬計算的收斂性，在軸心的幾何位置預留與錐頭尺寸一致的缺口。并在錐尖位置，添加半徑為1mm的光滑剛體細管，長度為1.5m，貫穿整個土層，導致錐面面積減少，占原錐面積的3‰，可忽略對結果的影響。使用相互作用模塊中的model change功能，在第二分析步中，刪去剛體細管與缺口位置處的土體，提高CPTU貫入數值模型的收斂性。</p><p>(2) 材料參數</p><p>在ABAQUS的材料庫中，臨界狀態塑性模型是MCC模型的推廣。當b為1時，臨界狀態塑性模型退化為MCC模型，。采用材料庫中的多孔彈性模型，描述MCC模型的彈性關系。</p><p>(3) 邊界條件</p><p>約束數值模型右邊界的水平位移、下邊界的垂直位移，上邊界為自由邊界，模型中的上、下和有邊界都設為不透水邊界。數值模擬只計算CPTU貫入過程中的超孔隙水壓力，靜水壓不納入計算。數值模擬運算至Soil分析步時，CPTU探桿開始貫入，貫入深度為50cm。通過設置Soil分析步時長，控制貫入速度，例如當Soil分析步時長為25s時，貫入速度為2cm/s。在CPTU貫入過程中，為了便于觀察土體中應力、超孔隙水壓力等因素的變化特征，假設土體內應力分布不隨深度改變。
展開 TIG電弧數值模擬
據查閱文獻，TIG電弧一般用Fluent軟件進行數值模擬。由于Fluent軟件主要做流體方面較為擅長，當涉及與磁場和電場的耦合時，即常說的MHD仿真，此時需編寫UDF引入相應的方程。其中，采用UDS引入電勢標量方程，空氣的隨溫度的物性屬性采用UDF宏進行編寫，另外采用源項UDF編寫能量項（焦耳熱等）和動量項（洛侖磁力）。
針對穩態TIG電弧也可采用Comsol進行模擬，在Comsol下面將電場、流場、傳熱、磁場這四大方程耦合起來，通過方程視圖可以看到所引用變量的方程，將這些方程總結起來和Fluent編寫的方程差不多。
采用Comsol軟件與其他論文的結果進行了對比，如下圖所示：
1. 電流參數變化對電弧溫度場和速度場的影響_成滿慶
與文獻對比還是有些差距；
2. 基于Fluent模擬TIG電弧燃燒_彭小飛
3. 基于FLUENT的TIG焊接電弧數值模擬_楊曉鋒
綜上，在二維軸對稱TIG電弧仿真這方面也可采用Comsol。由于Comsol收斂性較差，在電弧仿真過程中經常調節求解器或者邊界條件，以此使計算收斂。
展開 TIG電弧數值模擬
據查閱文獻，
TIG
電弧一般用
Fluent
軟件進行數值模擬。由于
Fluent
軟件主要做流體方面較為擅長，當涉及與磁場和電場的耦合時，即常說的
MHD
仿真，此時需編寫
UDF
引入相應的方程。其中，采用
UDS
引入電勢標量方程，空氣的隨溫度的物性屬性采用
UDF
宏進行編寫，另外采用源項
UDF
編寫能量項（焦耳熱等）和動量項（洛侖磁力）。
針對穩態
TIG
電弧也可采用
Comsol
進行模擬，在
Comsol
下面將電場、流場、傳熱、磁場這四大方程耦合起來，通過方程視圖可以看到所引用變量的方程，將這些方程總結起來和
Fluent
編寫的方程差不多。
采用
Comsol
軟件與其他論文的結果進行了對比，如下圖所示：
1.
電流參數變化對電弧溫度場和速度場的影響
_
成滿慶
與文獻對比還是有些差距；
2. 基于
Fluent
模擬
TIG
電弧燃燒
_
彭小飛
3.
基于
FLUENT
的
TIG
焊接電弧數值模擬
_
楊曉鋒
綜上，在二維軸對稱
TIG
電弧仿真這方面也可采用
Comsol
。由于
Comsol
收斂性較差，在電弧仿真過程中經常調節求解器或者邊界條件，以此使計算收斂。
展開 COMSOL流沙層注漿數值模擬研究 ￥100
本模型來源于文獻復現，該文獻分析了流沙層地質結構特點，應用有限元分析軟件COMSOL Multiphysics對流沙層滲透注漿進行穩態與瞬態的數值模擬研究，分別計算了靜水條件下和動水條件下注漿漿液擴散過程，分析了動水條件下漿液擴散規律，分析了 不同注漿材料及不同注漿壓力對漿液擴散過程的影響。研究結果表明：漿液在滲流場中大致呈鐘形分布且都存在逆 水流擴散區域，漿液與水之間沒有明顯分界面而是存在一個過渡區。壓力從進水邊界和注漿口向出流邊界衰減，在 注漿口和進水邊界之間存在一個壓力極小值點并存在一個速度接近零的區域。漿液黏度越低擴散范圍越大。隨著注 漿壓力的增加，漿液擴散范圍不斷增加，兩相滲流達到穩定滲流狀態所需要的時間也變長。
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