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1.2 仿真難點(diǎn) 整流罩地面分離過(guò)程仿真中存在的難點(diǎn)包括： 1）為提升仿真結(jié)果的精確性，要求整流罩模型具有一定精細(xì)度。省略一些不必要的結(jié)構(gòu)或作適當(dāng)簡(jiǎn)化，加強(qiáng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和精確度，如何掌握這兩者的平衡是難點(diǎn)之一。 2）為實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程的高效性，必須考慮已有結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分。如何選取網(wǎng)格類(lèi)型和網(wǎng)格密度，使之在不影響結(jié)果精確性的前提下實(shí)現(xiàn)較高的計(jì)算速度，又是一大難點(diǎn)。

Patran是美國(guó)MSC公司發(fā)布的最新廣泛使用的有限元分析軟件。在實(shí)際應(yīng)用中，該軟件可以為用戶(hù)提供業(yè)界更完整的有限元建模解決方案。在功能上，為用戶(hù)提供實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置等。就應(yīng)用范圍而言，它廣泛應(yīng)用于Nastran、ABAQUS、LS-DYNA、ANSYS等建模。

對(duì)高瑞利數(shù)自然對(duì)流，耦合求解器穩(wěn)定性要比分離求解器更好。 耦合求解器求解給定流動(dòng)問(wèn)題所需的迭代次數(shù)與網(wǎng)格尺寸無(wú)關(guān)，而分離求解器所需的迭代次數(shù)隨著網(wǎng)格尺寸的增加而增加。 在某些情況下，耦合求解器可以與隱式求解器相結(jié)合，以允許較大的CFL數(shù)。這種情況類(lèi)似于在分離算法中將所有變量的欠松弛因子指定為1。

將兩類(lèi)網(wǎng)格在分割面處進(jìn)行粘接處理，在MSC.Patran軟件中具體操作為：(1)設(shè)置兩部分實(shí)體網(wǎng)格為Deformable Bodies;(2)設(shè)置Body Pair，選擇(1)中設(shè)置的變形體，位移偏差設(shè)置為5mm;(3)編輯接觸屬性，設(shè)置Glued Contact,Retain Moment,Stressfree Init Cont，網(wǎng)格如圖4所示。

Patran 和Nastran 兩個(gè)軟件就像干將莫邪一樣，已經(jīng)融為了一體，在Patran 中畫(huà)好網(wǎng)格直接就可以提交Nastran 進(jìn)行計(jì)算，非常方便快捷。

以標(biāo)準(zhǔn)旋流器為研究對(duì)象，通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，確定了最優(yōu)網(wǎng)格劃分方案，有效避免因網(wǎng)格誤差導(dǎo)致的模擬偏差。在與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比中，軟件模擬的切向速度、軸向速度與實(shí)際測(cè)量值呈現(xiàn)高度一致性，壓降和液體分流比的相對(duì)誤差控制在工程可接受范圍內(nèi)，分離效率曲線(xiàn)的擬合度也達(dá)到理想水平。

說(shuō)明：圖片來(lái)源于[2]如果用戶(hù)對(duì)這個(gè)局部模型的網(wǎng)格進(jìn)行了細(xì)化，可能會(huì)導(dǎo)致外部超單元所創(chuàng)建的縮聚點(diǎn)（或者外部連接點(diǎn)），與局部模型上的點(diǎn)不匹配。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，Patran中也提供了專(zhuān)門(mén)的工具予以解決：Utilities----FEM General----RBE3 Model Connection。下文也提供了一個(gè)使用此方法的算例，見(jiàn)[1]。

若選取網(wǎng)格的圖層與工作圖層相同，此功能僅能分離選取的網(wǎng)格。 1.如下圖所示，請(qǐng)重復(fù)步驟 3 至 5 以分離出網(wǎng)格。 2.選取三個(gè)已分離出的元素，并單擊 [組合] (Join) 。 3.選取產(chǎn)生的表面網(wǎng)格，并單擊 [Rebuild Surface Mesh]，以加強(qiáng)元素質(zhì)量。

圖2 礦用油水分離器有限元模型 3、分析設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì) 應(yīng)力約束條件及目標(biāo)函數(shù) 根據(jù)圣維南原理及圓筒受均布?jí)毫Φ睦方獯穑搀w連續(xù)部分所受主應(yīng)力分量如下： 根據(jù)SHELL181單元的定義，當(dāng)有限元網(wǎng)格劃分使得單元坐標(biāo)系X軸、Y軸分別對(duì)應(yīng)切向應(yīng)力方向、軸向應(yīng)力方向時(shí)，單元輸出結(jié)果sm11（SMISC34）與sm22（SMISC35

邊界層網(wǎng)格構(gòu)建時(shí)，在機(jī)翼表面設(shè)置5層棱柱層，首層高度0.01mm保證Y+<1，膨脹比1.2，總厚度占邊界層位移厚度的80%，該設(shè)置能精確捕捉翼型表面的流動(dòng)分離現(xiàn)象。 最終體網(wǎng)格生成階段采用Poly網(wǎng)格類(lèi)型，在機(jī)翼表面10mm范圍內(nèi)生成多面體邊界層，邊界層區(qū)域使用棱柱層主導(dǎo)網(wǎng)格。

*.inp） ?ANSYS 網(wǎng)格檔（*.ans;*.cdb） ?NASTRAN 網(wǎng)格檔（*.bdf;*.dat;*.nas） 由Mentat (*.dat) 建立的 Marc 網(wǎng)格檔 ?LS-DYNA 網(wǎng)格檔（*.dyn） ?Optistruct網(wǎng)格檔（*.fem） ?Patran 網(wǎng)格檔（*.pat） 在FEA接口 (FEA Interface Function

7.刪除分離的冷卻液水路網(wǎng)格。 8.選取冷卻液水路網(wǎng)格并單擊 [檢查自由表面](Check Free Surfaces)來(lái)建立表面網(wǎng)格。 9.選取鄰近的表面網(wǎng)格并單擊 [從兩個(gè)表面網(wǎng)格建立棱柱體/Hexa 元素](Create Prism/Hexa from Two Surface Meshes)來(lái)建立實(shí)體網(wǎng)格。

如果考慮梁?jiǎn)卧幕瑒?dòng)與分離，梁的最大軸力為0.89MPa。這顯示出，當(dāng)考慮了梁的滑動(dòng)和分離后，梁內(nèi)的軸力會(huì)減小，因此這種考慮更接近于真實(shí)情況。此外，當(dāng)在初始的剛性狀態(tài)下，梁結(jié)構(gòu)元的鏈接不會(huì)出現(xiàn)任何屈服，而當(dāng)考慮了梁的滑動(dòng)和分離后，梁顯現(xiàn)出鏈接的屈服。下面三個(gè)命令可以檢查當(dāng)前鏈接的狀態(tài)。

若選取網(wǎng)格的圖層與工作圖層相同，此功能僅能分離選取的網(wǎng)格。 4.如下圖所示，請(qǐng)重復(fù)步驟 1 至 3 以分離出網(wǎng)格。 5. 單擊 [Auto Refine Surface Mesh] 。系統(tǒng)會(huì)顯示快顯控制對(duì)話(huà)框。單擊 [OK]。 請(qǐng)注意，此修復(fù)較差質(zhì)量元素之方式會(huì)稍微變動(dòng)原來(lái)的幾何。

除了體網(wǎng)格重構(gòu)外，邊界上網(wǎng)格的三角形面或線(xiàn)性面也將隨同體網(wǎng)格一起重構(gòu)。 除了具有上述3種更新變形區(qū)域內(nèi)體網(wǎng)格方法的動(dòng)網(wǎng)格模型技術(shù)之外，F(xiàn)LUENT還提供了六自由度(6DOF)求解器。6DOF可以根據(jù)作用在流場(chǎng)中某個(gè)物體上的重力空氣動(dòng)力或其他力、力矩來(lái)計(jì)算物體的位置和姿態(tài)。6DOF 技術(shù)配合動(dòng)網(wǎng)格使用可以解決一些流固耦合、多體分離的實(shí)際工程問(wèn)題。

（4）右鍵單擊模型樹(shù)中Mesh選項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項(xiàng)，開(kāi)始生成網(wǎng)格。（5）網(wǎng)格劃分完成以后，單擊模型樹(shù)中Mesh項(xiàng)可以在圖形窗口中查看網(wǎng)格。（6）執(zhí)行主菜單File→Close Meshing命令，退出網(wǎng)格劃分界面，返回到Workbench主界面。

圖3 DrivAer模型的網(wǎng)格模型 圖4 側(cè)窗模型（左）測(cè)點(diǎn)區(qū)域和風(fēng)洞試驗(yàn)表面測(cè)點(diǎn)分布（右） （a）聲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)9（左側(cè)）和13 （b）聲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)23（左側(cè)）和37 圖5 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)模擬和測(cè)試聲壓波動(dòng)水平（PFL）的比較