耦合模拟
为耦合模拟 ABAQUS 需做如下工作:
l 定义耦合步
l 定义耦合区域
l 定义耦合区域需要交换的物理量
以上每一步骤将在下面详细叙述
定义耦合步
ABAQUS 耦合模拟界面是和存在的 ABAQUS 程序联合使用的。在你想定义的耦合步中,无论耦合情况如
何,你必须先有效的载荷和边界条件。然后你再说明需要耦合的是这步,其中的一些量需要和三方软件进
行数据交换。如下的一些过程 ABAQUS 是可以进行耦合分析的:
l 准静态应力分析
l 直接积分的隐式动态分析
l 显式动态分析
l 无耦合的热传导分析
l 全积分热应力分析
与 MPCCI server 数据交流始于耦合步,终于耦合步。
由于 ABAQUS 和其它三方软件在耦合分析过程中是实时的进行数据交换以及启动和终止三方程序,你可以
在一个工作项目中只定义一个耦合步。
输入文件格式为:*CO-SIMULATION
定义接触区域
接触区域是系统之间的连接区域。这个表面对于 ABAQUS 而言必须是单元类型的面,任何对于 MPCCI 支
持的单元类型均可以用于耦合步。而只有如下单元类型可以定义为接触区域,如表 7.9.2-1
定义耦合区域的交换量
对于每个耦合区域你必须指定 ABAQUS 和其它三方软件进行交换的物理量,表 7.9.2-2 列出了可以用于交
换和选择的物理量
输入输出的物理量的选择取决于分析的类型,如表 7.9.2-3 所示
输入文件的格式为:
*CO-SIMULATION,IMPORT
surface_A,quantity_I1,quantity_I2, …
surface_B,quatity_I3
*CO-SIMULATION,EXPORT
surface_A,quantity_E1
surface_B,quantity_E2
当前节点坐标和位移
因为在 CFD 代码中流体形状可以变化,不保持初始几何构型,所以在流固耦合(FSI)中选择当前节点坐
标(COORD),而不是选择节点位移(U)。
不管是做小变形还是大变形,COORD 的定义是当前节点坐标。这个定义和 ABAQUS 传统的定义有很大的
区别,因为在传统的定义中再小变形情况下,初始坐标师部需要更新的。
位移再整体坐标系下总是交换的。如果对一个节点存在一个局部的变化,ABAQUS 再将它们传给 MPCCI
server 之前,先转化为整体坐标系下的位移。
集中力合法向压力
在流固耦合中,如果粘性剪切力需要导入,那么输入、输出的物理量就应该是集中节点力(CF)而不是法
向压力(PRESS).在 ABAQUS/Standard的耦合步中,从上一步到当前时间步,集中力和法向压力由一个斜
坡的过渡。而在 ABAQUS/Explicit的耦合步中,将保持常值,没有斜坡!
集中力总是在整体坐标系下进行数据交换的,如果一个节点存在一个局部坐标系,ABAQUS 首先将集中力
转化到局部坐标系下,然后再施加到结构上。
记中法向力可以在 ABAQUS 后处理中可视化。
热流和薄膜性质
对于流入一个表面热流分布可以用表面热流(HFL)这个概念。用薄膜性质(FILM)来模拟对流
这里 q 是进入表面的热流量,h 是薄膜系数,
为壁温度,
为流体或者环境温度。薄膜系数可
以通过热流和流体温度(FLUENT 计算得到)以及壁温度(ABAQUS 计算得到)来计算,如下
薄膜系数和流体温度传到 ABAQUS 内部,并保持为常值。当流体和壁的温度一致时,任意小的一个热传导
系数付给 ABAQUS。第一步耦合计算中,为了得到合理的薄膜常数,你应当保证在 ABAQUS 中壁温已经
合适的初始化了,以及对初始的流体的温度场也有很好的估计。ABAQUS 把初始化的壁温传给第三方软件。
单位体系
ABAQUS 对模型分析,没有特殊的单位要求。然而在耦合模拟中,ABAQUS 运用的单位制必须和第三方
软件用的单位制相一致。MPCCI 结构文件提供了转换单位的功能(详细见 MPCCI 用户手册)。
模型的维数和坐标系
向量在 ABAQUS 中可以转移,第一、第二、第三分别代表沿 X,Y,Z 方向的分量(对三维模型而言)。
需要注意的一点是,在 ABAQUS 中轴对称模型,对称轴式 Y,而这个规则在三方软件中就未必是这么定义
的。MPCCI 提供了一个绘图工具来转换不同坐标系中计算结果。
限制
如果 ABAQUS 正在接受第三方软件的载荷值,那么耦合步就不能重新开算。这样载荷就不是作用在增量步
的开始,这样会导致计算结果的发散。
对于壳单元这样的双面单元,必须分开指定。