ABAQUS空氣彈簧基于表面的流體模型.doc

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1、 11.5基于表面的流體模型 ? “基于流體腔表面：概述，“第11.5.1 ? “液腔的定義，“第11.5.2 ? “流體交換的定義，“部分11.5.3 ? “打氣筒的定義，”部分11.5.4  11.5.1 surface-based流體腔：概述 概述 基于表面的充液腔是由： ? 用標(biāo)準(zhǔn)有限元法對(duì)充液結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模； ? 利用表面定義來(lái)提供充液結(jié)構(gòu)的變形和流體在結(jié)構(gòu)腔邊界上施加的壓力之間的耦合； ? 定義流體行為； ? 使用流體交換定義來(lái)模擬流體在腔和環(huán)境之間或多個(gè)腔之間的流動(dòng)； ? 使用充氣器定義

2、將氣體混合物注入流體腔以模擬汽車(chē)安全氣囊的膨脹。 基于表面的流體腔能力可以用來(lái)模擬液體或充氣結(jié)構(gòu)。它取代了基于元件的靜液腔能力的功能，不需要用戶定義流體或流體鏈接元素。 介紹 在某些應(yīng)用中，可能需要預(yù)測(cè)充液或A的機(jī)械響應(yīng)。 充氣結(jié)構(gòu)。例如壓力容器，液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 汽車(chē)安全氣囊。解決此類(lèi)應(yīng)用程序的一個(gè)主要困難是 結(jié)構(gòu)變形與含流體對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力。 圖1說(shuō)明了一個(gè)簡(jiǎn)單的–11.5.1對(duì)系統(tǒng)外部進(jìn)行流體填充結(jié)構(gòu)的例子 荷載.結(jié)構(gòu)的響應(yīng)不僅取決于外部載荷，還取決于壓力。 由流體施加的，而流體又受結(jié)構(gòu)變形的影響?；诒砻? 流體腔能力提供了分析腔體可以使用的情況所需的耦合

3、。 假設(shè)完全由具有相同性質(zhì)和狀態(tài)的流體填充。應(yīng)用與意義 空腔內(nèi)的空間變化不能用這個(gè)特性建模。例如，考慮 流體-結(jié)構(gòu)相互作用和耦合Eulerian Lagrangian能力的應(yīng)用涉及 晃動(dòng)和波傳播通過(guò)流體（見(jiàn)“歐拉分析，“第14.1.1條；“流體結(jié)構(gòu) 互動(dòng)”中的“協(xié)同仿真：概述，“第17.1.1；和“流體結(jié)構(gòu)的協(xié)同仿真和 共軛傳熱，”部分17.3.2）。 離散液腔 流體腔的邊界由一個(gè)基于單元的表面定義，表面法線指向 腔內(nèi)。底層元素可以是標(biāo)準(zhǔn)的固體或結(jié)構(gòu)元素，也可以是 表面元素。表面元素可以用來(lái)模擬結(jié)構(gòu)中的空洞或填充剛性區(qū)域。 在剛性或其他承載元素不存在（見(jiàn)“表面

4、元素，”部分32.7.1）。護(hù)理 當(dāng)使用表面元素，使節(jié)點(diǎn)完全被唯一的表面包圍時(shí)，必須使用該元素。 元素有適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。 considertheexamplepresentedinfigure11.5.1–1。solidelementsaredefinedonthetopandsideof 圖2表明，腔–11.5.1。在底部剛性邊界上定義了一個(gè)曲面單元。 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)元素存在的空洞。節(jié)點(diǎn)位于對(duì)稱軸的交點(diǎn)處。 腔的下剛性邊界必須被約束在r和z方向是因?yàn)樗? 僅與表面元素相連接。定義空腔的表面是基于底層固體和 表面元素。 在Abaqus中，可以將額外的用戶定義卷添加到實(shí)際或幾何體中。

5、 空腔體積。如果腔的邊界不是由一個(gè)基于單元的表面定義的，流體 腔被假定有一個(gè)固定的體積等于附加的體積。 定義空腔參考節(jié)點(diǎn)的位置 一個(gè)被稱為空腔參考節(jié)點(diǎn)的單一節(jié)點(diǎn)與流體腔相關(guān)聯(lián)。這一腔的參考 nodehasasingledegreeoffreedom representingthepressureinsidethefluidcavity。thecavityreference 節(jié)點(diǎn)也用于計(jì)算腔體體積。 如果空腔不受對(duì)稱平面的約束，則定義空腔的表面必須完全。 封閉空腔以確保其容積的正確計(jì)算。在這種情況下，空腔的位置 參考節(jié)點(diǎn)是任意的，不必在空腔內(nèi)。 如果由于對(duì)稱性，只有空腔

6、邊界的一部分用標(biāo)準(zhǔn)元素建模， 腔參考節(jié)點(diǎn)必須位于對(duì)稱平面或軸線（圖11.5.1–2）。如果多個(gè) 對(duì)稱平面存在，腔參考節(jié)點(diǎn)必須位于對(duì)稱的交點(diǎn)上。 飛機(jī)（圖11.5.1–3）。對(duì)于軸對(duì)稱分析，空腔參考節(jié)點(diǎn)必須位于 對(duì)稱軸。這些要求是流體腔未完全封閉的結(jié)果。 定義空腔的表面。 有限元計(jì)算 采用體積元法對(duì)基于表面的空腔進(jìn)行有限元計(jì)算。 在“流體靜壓計(jì)算描述，“ABAQUS理論指導(dǎo)第3.8.1。體積 腔的元素是由Abaqus利用表面小面幾何和 你定義的空洞參考節(jié)點(diǎn)。在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中，表面刻面用 以下元素類(lèi)型：fax2和F2D2（這是線性，兩級(jí)，軸對(duì)稱和平面元素，

7、分別）和f3d3和f3d4（這是線性的，分別為3 - 4節(jié)點(diǎn)三維元素，）。Abaqus的二階刻面進(jìn)一步細(xì)分為多個(gè)線性面或 元素. 液腔的行為 流體填充腔中的流體的行為可以基于液壓或 氣動(dòng)模型。水力模型可以模擬幾乎不可壓縮的流體行為。 Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中的不可壓縮行為。通過(guò)定義一個(gè)體積來(lái)引入壓縮性。 模量。氣動(dòng)模型是以理想氣體為基礎(chǔ)的。氣體可以由多個(gè)物種來(lái)定義。 在ABAQUS /顯式中，你可以指定氣體的溫度，或者根據(jù) 絕熱行為假設(shè)。具有絕熱溫度更新的多物種理想氣體是 汽車(chē)安全氣囊的合適模型。 模腔流入或流出的模型 ABAQUS中有許多方法來(lái)模擬流體進(jìn)出腔。流量

8、可以是 specifiedasaprescribedmassorvolumefluxhistoryorcanmodelphysicalmechanismsduetoapressure differentialsuchasventingthroughanexhaustorificeorleakagethroughaporousfabric。fluidexchange 定義用于此目的，可以模擬流體腔與其周?chē)h(huán)境之間的流動(dòng)。 兩液腔之間（見(jiàn)“流體交換的定義，“部分11.5.3，詳情）。此外, ABAQUS/Explicit有能力模型充氣機(jī)用于汽車(chē)安全氣囊的展開(kāi)。 可以直接指定充氣器上的條

9、件，也可以使用罐試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)“充氣機(jī)定義”）。 第11.5.4，詳情）。 模擬多室 許多充液系統(tǒng)，如氣囊，有多個(gè)腔室，流體在腔室之間通過(guò)孔或織物泄漏流動(dòng)。 在其他情況下，將一個(gè)單獨(dú)的物理室分割成多個(gè)腔室，并用假想的壁來(lái)模擬整個(gè)物理室的壓力梯度是有利的。 一些虛擬泄漏機(jī)制通過(guò)室間墻可以被定義以獲得合理的行為。 當(dāng)模擬氣囊的復(fù)雜展開(kāi)時(shí)，這可能是一種有用的建模技術(shù)。 為了模擬多個(gè)腔室，為每個(gè)腔室定義一個(gè)流體腔，并將流體腔與適當(dāng)?shù)牧黧w交換定義聯(lián)系起來(lái)。 平均性能的多室模型可以輸出如果要求（見(jiàn)“液腔的定義，“第11.5.2，詳情）。 在動(dòng)態(tài)過(guò)程中定義流體慣性 流體腔內(nèi)的流體慣

10、性或空穴之間流體交換的慣性不會(huì)自動(dòng)考慮在內(nèi)。 為了增加慣性效應(yīng)，在腔體邊界上使用質(zhì)量單元。 你應(yīng)該確保總的附加質(zhì)量相當(dāng)于腔中流體的質(zhì)量，質(zhì)量元素的分布是結(jié)構(gòu)承受荷載的分布流體質(zhì)量的合理表示。 只有流體慣性的整體效應(yīng)可以被建模；腔中的均勻壓力假設(shè)使得不可能模擬任何壓力梯度驅(qū)動(dòng)的流體運(yùn)動(dòng)。 因此，該方法假定激勵(lì)的時(shí)間尺度與流體的典型響應(yīng)時(shí)間相比非常長(zhǎng)。 涉及空腔邊界的接觸模擬 如果從空腔中取出大量流體或圍繞空腔的材料是非常靈活的，空腔可以部分塌陷，并且空腔壁的部分可以彼此接觸。 通過(guò)使用Abaqus現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來(lái)模擬接觸，可以有效地處理空腔壁的自接觸和與周?chē)Y(jié)構(gòu)的接觸。 AB

11、AQUS/Explicit也能說(shuō)明堵塞流出由于接觸表面的空腔（見(jiàn)“占堵塞由于接觸界面”中的“體液交換的定義，“部分11.5.3）。 解釋負(fù)特征值消息 在某些應(yīng)用程序中，在求解過(guò)程中會(huì)遇到負(fù)本征值。 這些負(fù)的本征值并不一定意味著超過(guò)了分叉或屈曲載荷。 如果預(yù)測(cè)響應(yīng)似乎是合理的，這些消息可以忽略。 詳細(xì)描述如何負(fù)特征值可以開(kāi)發(fā)靜壓流體元問(wèn)題的解決在“流體靜壓的計(jì)算方法中，“ABAQUS理論指導(dǎo)第3.8.1。 程序 基于表面的流體腔的能力可以用在除了耦合孔隙流體擴(kuò)散/應(yīng)力分析程序以外的任何程序（見(jiàn)“耦合孔隙流體擴(kuò)散和應(yīng)力分析，“部分6.8.1）。 初始條件 初始流體壓力

12、和溫度可指定（見(jiàn)“初始條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explicit”部分34.2.1）。 對(duì)于理想氣體，初始?jí)毫Ρ硎靖哂诨虺^(guò)環(huán)境壓力的壓力表。 初始溫度應(yīng)在所使用的溫標(biāo)中給出。絕對(duì)零度的溫度范圍，對(duì)于理想氣體另行規(guī)定（見(jiàn)“液腔的定義，“第11.5.2）。 如果膜元件作為流體腔的基本元素，參考網(wǎng)格（IMM）也可以指定（見(jiàn)“初始條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explicit”部分34.2.1）。 邊界條件 空腔參考節(jié)點(diǎn)的自由度（自由度8）是問(wèn)題的主要變量。 因此，可以通過(guò)定義邊界條件的規(guī)定（見(jiàn)“邊界條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explici

13、t”部分34.3.1），其方式類(lèi)似于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移可以規(guī)定。 處方的壓力腔參考節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于施加均勻壓力腔邊界采用分布式負(fù)載定義（見(jiàn)“分布載荷，”部分34.4.3）。 如果壓力是用邊界條件規(guī)定的，則流體體積自動(dòng)調(diào)節(jié)以填充空腔（即，流體被假定為進(jìn)入并離開(kāi)所需的腔以維持規(guī)定的壓力）。 這種行為對(duì)于在引入流體作用之前變形的空腔是有用的。在隨后的步驟中您可以刪除在自由的壓力程度的邊界條件（參見(jiàn)拆卸邊界條件”在“邊界條件在Abaqus / CFD，”部分34.3.2），因此“封”與當(dāng)前的流體體積的腔。 荷載 分布式壓力和身體的力量，以及集中的節(jié)點(diǎn)力，可應(yīng)用于充滿液體的結(jié)構(gòu)，如在集中荷載描述”部分

14、34.4.2，和“分布載荷，”部分34.4.3。 預(yù)定義場(chǎng) 預(yù)定義的溫度場(chǎng)和用戶自定義場(chǎng)變量可以為充滿液體的結(jié)構(gòu)和封閉的流體的定義，如“預(yù)定義場(chǎng)描述”部分34.6.1。 溫度 流體溫度可在所有的指定參考節(jié)點(diǎn)腔預(yù)定義的字段（見(jiàn)“預(yù)定義溫度”在“預(yù)定義字段，”部分34.6.1），除非一個(gè)絕熱過(guò)程是指定或耦合溫度位移程序是用。 應(yīng)用和初始溫度之間的任何差異都會(huì)引起氣動(dòng)流體的熱膨脹，如果給定熱膨脹系數(shù)，則會(huì)對(duì)液壓流體產(chǎn)生熱膨脹。 一個(gè)特定的溫度場(chǎng)也可以影響溫度相關(guān)的材料性質(zhì)，如果有的話，對(duì)于流體填充的結(jié)構(gòu)和封閉流體。 場(chǎng)變量 用戶定義的字段變量的值可以在所有腔參考節(jié)點(diǎn)指定（見(jiàn)“預(yù)定

15、義場(chǎng)變量”中的“預(yù)先定義的領(lǐng)域，”部分34.6.1）。這些值將影響封閉流體的場(chǎng)變量相關(guān)的材料性質(zhì)。 輸出 腔內(nèi)流體狀態(tài)可利用節(jié)點(diǎn)輸出變量度和cvol歷史輸出，代表測(cè)量流體的壓力和容積，分別。 在穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)程序的大小和流體壓力的相位角可以得到節(jié)點(diǎn)變差。 ABAQUS/Explicit還提供了把腔溫度、腔的表面積，和流體質(zhì)量（節(jié)點(diǎn)輸出變量ctemp，csarea，和cmass，分別）。 輸出變量ctemp僅當(dāng)理想氣體模型是在絕熱條件下使用。 如果節(jié)點(diǎn)設(shè)置為輸出的要求是包含一個(gè)以上的液腔，歷史的平均流體壓力、總體積、流體平均溫度，和所有的外腔的表面區(qū)域，和這些空腔的總質(zhì)量也提出了利用

16、節(jié)點(diǎn)輸出變量apcav，tcvol，actemp，tcsarea，和tcmass，分別。 在Abaqus /明確，當(dāng)模型包括流體交換的定義，利用節(jié)點(diǎn)輸出變量CMFL和cmflt獲得的總流量和累計(jì)流量的歷史輸出一腔創(chuàng)面肉芽和ceflt獲得的總熱流量和累計(jì)流量歷史熱能輸出腔。如果為一個(gè)空腔定義了不止一種流體交換，那么質(zhì)量或熱能流量和累積的質(zhì)量或熱能流的時(shí)間歷程就會(huì)從 每個(gè)流體交換腔也將被輸出。 如果流體腔是由一個(gè)混合理想氣體模型，分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各流體的物種內(nèi)流體腔時(shí)程可以利用節(jié)點(diǎn)輸出變量CMF獲得。 如果使用充氣器，利用節(jié)點(diǎn)輸出變量minfl，minflt，和tinfl獲得質(zhì)量流量的歷史，

17、積累了大量的流量，和每一個(gè)打氣筒充氣溫度定義（見(jiàn)“ABAQUS/Explicit輸出變量標(biāo)識(shí)符，“4.2.2節(jié)）。 輸入文件模板 流體靜力學(xué)分析： * HEADING … * FLUID CAVITY, NAME=cavity_name, BEHAVIOR=behavior_name, REF NODE=cavity_reference_node, SURFACE=surface_name * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name * FLUID DENSITY Data line to define density * FLUID BU

18、LK MODULUS Data line to define bulk modulus * FLUID EXPANSION Data line to define thermal expansion ** * FLUID EXCHANGE, NAME=exchange_name, PROPERTY=exchange_property_name cavity_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=exchange_property_name, TYPE=MASS FLUX Data line to define mass f

19、low rate per unit area ** * INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE Data line to define initial temperature * INITIAL CONDITIONS, TYPE=FLUID PRESSURE Data line to define initial pressure ** * STEP ** * TEMPERATURE Data line to define temperature * FLUID EXCHANGE ACTIVATION exchange_name **

20、 * END STEP *標(biāo)題 … *液腔，名稱= cavity_name，行為= behavior_name， 參考節(jié)點(diǎn)= = surface_name cavity_reference_node，表面 *流體的行為，behavior_name名稱= *流體密度 定義密度的數(shù)據(jù)線 流體體積模量 定義體積模量的數(shù)據(jù)線 *流體膨脹 定義熱膨脹的數(shù)據(jù)線 * * *體液交換，名字= exchange_name，產(chǎn)權(quán)= exchange_property_name cavity_reference_node *流體交換性能、名稱= exchange_property_n

21、ame，類(lèi)型=質(zhì)量通量 確定單位面積質(zhì)量流量的數(shù)據(jù)線 * * *初始條件，類(lèi)型=溫度 確定初始溫度的數(shù)據(jù)線 *初始條件，類(lèi)型=流體壓力 確定初始?jí)毫Φ臄?shù)據(jù)線 * * *步 * * *溫度 定義溫度的數(shù)據(jù)線 *流體交換活化 exchange_name * * *結(jié)束步驟 用理想氣體混合的氣囊分析： * HEADING … * FLUID CAVITY, NAME=chamber_1, MIXTURE=MOLAR FRACTION, ADIABATIC, REF NODE=chamber_1_reference_node, SURFACE=sur

22、face_name_1 blank line Oxygen, 0.2 Nitrogen, 0.75 Carbon_dioxide, 0.05 ** * FLUID CAVITY, NAME=chamber_2, BEHAVIOR=Air, ADIABATIC, REF NODE=chamber_2_reference_node, SURFACE=surface_name_2 blank line ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Air * CAPACITY, TYPE=POLYNOMIAL Data line to define heat capac

23、ity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Oxygen * CAPACITY, TYPE=POLYNOMIAL Data line to define heat capacity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Nitrogen * CAPACITY, TYPE=PO

24、LYNOMIAL Data line to define heat capacity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FLUID BEHAVIOR, NAME=Carbon_dioxide * CAPACITY, TYPE=POLYNOMIAL Data line to define heat capacity coefficient * MOLECULAR WEIGHT Data line to define molecular weight ** * FL

25、UID INFLATOR, NAME=inflator, PROPERTY=inflator_property chamber_1_reference_node * FLUID INFLATOR PROPERTY, NAME=inflator_property, TYPE=TEMPERATURE AND MASS Data lines to define mass flow rate and gas temperature * FLUID INFLATOR MIXTURE, TYPE=MOLAR FRACTION, NUMBER SPECIES=2 Carbon_dioxide,

26、Nitrogen Table to define molecular mass fraction ** * FLUID EXCHANGE, NAME=exhaust, PROPERTY=exhaust_behavior chamber_1_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=exhaust_behavior, TYPE=ORIFICE Data line to specify orifice behavior * FLUID EXCHANGE, NAME=leakage_1, PROPERTY=fabric_behavio

27、r chamber_1_reference_node * FLUID EXCHANGE, NAME=leakage_2, PROPERTY=fabric_behavior chamber_2_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=fabric_behavior, TYPE=FABRIC LEAKAGE Data line to specify fabric leakage behavior ** * FLUID EXCHANGE, NAME=chamber_wall, PROPERTY=wall_behavior, EFF

28、ECTIVE AREA= chamber_1_reference_node, chamber_2_reference_node * FLUID EXCHANGE PROPERTY, NAME=wall_behavior, TYPE=ORIFICE Data line to specify orifice behavior ** * AMPLITUDE, NAME=amplitude_name Data line to define amplitude variations * PHYSICAL CONSTANTS, UNIVERSAL GAS CONSTANT= ** * I

29、NITIAL CONDITIONS, TYPE=FLUID PRESSURE Data line to define initial pressure * INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE Data line to define initial temperature ** * STEP ** * FLUID EXCHANGE ACTIVATION exhaust, leakage_1, leakage_2, chamber_wall * FLUID INFLATOR ACTIVATION, INFLATION TIME AMPLITU

30、DE=amplitude_name inflator ** * END STEP *標(biāo)題 … *液腔，名稱= chamber_1，混合=摩爾分?jǐn)?shù)，絕熱， 參考節(jié)點(diǎn)= = surface_name_1 chamber_1_reference_node，表面 空白行 氧氣，0.2 氮，0.75 carbon_dioxide，0.05 * * *液腔，名稱= chamber_2，行為=空氣絕熱， 參考節(jié)點(diǎn)= = surface_name_2 chamber_2_reference_node，表面 空白行 * * *流體行為，名稱=空氣 *容量，類(lèi)型=多項(xiàng)式 定義

31、熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *流體行為，名稱=氧氣 *容量，類(lèi)型=多項(xiàng)式 定義熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *流體行為，名稱=氮?dú)? *容量，類(lèi)型=多項(xiàng)式 定義熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *流體的行為，carbon_dioxide名稱= *容量，類(lèi)型=多項(xiàng)式 定義熱容量系數(shù)的數(shù)據(jù)線 *分子量 確定分子量的數(shù)據(jù)線 * * *液充氣，充氣inflator_property屬性名稱=，= chamber_1_reference_node *流體的充氣性能，名稱= in

32、flator_property， 類(lèi)型=溫度和質(zhì)量 確定質(zhì)量流量和氣體溫度的數(shù)據(jù)線 *流體充氣混合物，類(lèi)型=摩爾分?jǐn)?shù)，種數(shù)= 2 carbon_dioxide，氮 分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)表 * * *體液交換，名稱=排氣，產(chǎn)權(quán)= exhaust_behavior chamber_1_reference_node *流體交換性能、名稱= exhaust_behavior，類(lèi)型=口 指定管口行為的數(shù)據(jù)線 *體液交換，名字= leakage_1，產(chǎn)權(quán)= fabric_behavior chamber_1_reference_node *體液交換，名字= leakage_2，產(chǎn)權(quán)= f

33、abric_behavior chamber_2_reference_node *流體交換性能、名稱= fabric_behavior，類(lèi)型=織物泄漏 指定織物泄漏行為的數(shù)據(jù)線 * * *體液交換，名字= chamber_wall，產(chǎn)權(quán)= wall_behavior， 有效面積= chamber_1_reference_node，chamber_2_reference_node *流體交換性能、名稱= wall_behavior，類(lèi)型=口 指定管口行為的數(shù)據(jù)線 * * *振幅，名稱= amplitude_name 定義振幅變化的數(shù)據(jù)線 *物理常數(shù)，通用氣體常數(shù)= *

34、 * *初始條件，類(lèi)型=流體壓力 確定初始?jí)毫Φ臄?shù)據(jù)線 *初始條件，類(lèi)型=溫度 確定初始溫度的數(shù)據(jù)線 * * *步 * * *流體交換活化 排氣，leakage_1，leakage_2，chamber_wall *流體充激活，通脹幅度= amplitude_name 打氣筒 * * *結(jié)束步驟  11.5.2液腔的定義 產(chǎn)品：ABAQUS／標(biāo)準(zhǔn) ABAQUS／顯式 ABAQUS /CAE 參考資料 ? “基于流體腔表面：概述，“第11.5.1 ? “流體交換的定義，“部分11.5.3 ?*能力 *流體行為 流體體

35、積模量 *流體腔 流體密度 分子量 ? “定義流體腔相互作用，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.13.11，本指南中的HTML版本 ? “定義流體腔相互作用特性，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.14.4，本指南中的HTML版本 概述 一種基于表面的流體腔： ? 可以用來(lái)模擬充液或充氣的結(jié)構(gòu)； ? 與一個(gè)稱為空腔參考節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)； ? 通過(guò)指定一個(gè)完全包圍空腔的表面來(lái)定義； ? 僅適用于在任何時(shí)間點(diǎn)內(nèi)流體在特定空腔內(nèi)的壓力和溫度均勻的情況； ? 可以用理想氣體混合物在絕熱條件下的假設(shè)來(lái)模擬安全氣囊； ? 有一個(gè)名稱，可以用來(lái)標(biāo)識(shí)與該腔相

36、關(guān)聯(lián)的歷史輸出。 1定義流體腔 必須將名稱與每個(gè)流體腔相關(guān)聯(lián)。 使用輸入文件： * FLUID CAVITY, NAME=name 使用ABAQUS / CAE： 相互作用模塊：Create Interaction : Fluid cavity , Name : name 1.1 指定空腔參考節(jié)點(diǎn) 每個(gè)流體腔都必須有一個(gè)相關(guān)的腔參考節(jié)點(diǎn)。 與流體腔名稱一起，參考節(jié)點(diǎn)用于識(shí)別流體腔。 此外，還可以通過(guò)流體交換和充氣器定義來(lái)參考。 參考節(jié)點(diǎn)不應(yīng)連接到模型中的任何元素。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, REF

37、NODE=n Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : select the fluid cavity reference node 1.2 指定流體腔的邊界 流體腔必須完全封閉的有限元建模除非對(duì)稱面（見(jiàn)“基于表面的流體腔：概述，“第11.5.1）。 表面元素可用于非結(jié)構(gòu)的空腔表面的部分。 空腔的邊界是用一個(gè)基于單元的表面來(lái)描述的，該表面覆蓋包圍空腔的元素，表面法線指向內(nèi)部。 默認(rèn)情況下，如果表面的底層元素沒(méi)有一致的法線，就會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤消息。 或者，也可以跳過(guò)對(duì)表面

38、法線的一致性檢查。 Input File Usage: 使用下面的選項(xiàng)定義具有一致正常檢查的表面： * FLUID CAVITY, SURFACE=surface_name, CHECK NORMALS=YES 使用下面的選項(xiàng)定義表面沒(méi)有一致的法線檢查: * FLUID CAVITY, SURFACE=surface_name, CHECK NORMALS=NO Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : 選擇流體腔邊界面；切換或關(guān)閉檢查表面法線。 1.3

39、在流體腔中指定附加容積 可以為Abaqus /顯式流體腔指定附加容積。 當(dāng)空腔的邊界由指定的表面定義時(shí)，附加體積將被加到實(shí)際的體積中。 如果沒(méi)有指定形成流體腔邊界的表面，則流體腔被假定為具有與所添加體積相等的固定體積。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, ADDED VOLUME=r Abaqus/CAE Usage: 在Abaqus／CAE中不支持附加體積規(guī)范. 1.4 指定最小體積 當(dāng)流體腔的體積非常小時(shí)，顯式動(dòng)態(tài)過(guò)程中的瞬變會(huì)使體積變?yōu)榱闵踔霖?fù)，使有效空腔剛度值趨于無(wú)窮大。 為了避免數(shù)值問(wèn)題，您可以在Abaqus中指定流體的最

40、小體積。如果腔的體積（等于實(shí)際體積加上體積）低于最小值，則用最小值來(lái)計(jì)算流體壓力。 您可以直接指定最小體積，也可以指定流體腔的初始體積。 如果使用后一種方法，流體腔的初始體積為負(fù)值，則最小體積等于零。 輸入文件用法：使用下面的選項(xiàng)直接指定最小體積： * FLUID CAVITY, MINIMUM VOLUME=minimum volume 使用以下選項(xiàng)指定最小音量等于初始體積： * FLUID CAVITY, MINIMUM VOLUME=INITIAL VOLUME Abaqus/CAE Usage:最小體積的規(guī)范不支持。 2 流體腔行為的定義 流體腔的行為支配

41、腔壓力、體積和溫度之間的關(guān)系。 Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中的流體腔只能包含一種流體。在Abaqus /Explicit，一個(gè)空洞可以包含一種液體或理想氣體的混合物。 2.1 均質(zhì)流體的流體行為 為了定義由單流體構(gòu)成的流體腔行為，指定一種流體行為來(lái)定義流體性質(zhì)。 必須將流體行為與名稱關(guān)聯(lián)起來(lái)。然后，這個(gè)名稱可以用來(lái)將某種行為與流體腔定義聯(lián)系起來(lái)。 輸入文件的使用：使用以下選項(xiàng)： * FLUID CAVITY, NAME=fluid_cavity_name, BEHAVIOR=behavior_name * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name

42、 Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity , Name : behavior_name 2.2 Abaqus /Explicit理想氣體混合的流體行為 在Abaqus /Explicit中，你可以定義一個(gè)由多種氣體組成的流體腔行為。為了定義由多種氣體組成的流體腔行為，你必須指定多種流體行為來(lái)定義流體性質(zhì)。 指定流體行為的名稱和定義混合物的初始質(zhì)量或摩爾分?jǐn)?shù)，以便將某一組行為與流體腔定義聯(lián)系起來(lái)。 輸入文件的使用：使用下面的選項(xiàng)來(lái)定義流體腔混合在初始質(zhì)量

43、分?jǐn)?shù)： * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name * FLUID CAVITY, NAME=fluid_cavity_name, MIXTURE=MASS FRACTION 面外表面的厚度（如果需要的話；否則，behavior_name空白），初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)... 使用下列選項(xiàng)定義流體腔混合在初始摩爾分?jǐn)?shù)： * FLUID BEHAVIOR, NAME=behavior_name * FLUID CAVITY, NAME=fluid_cavity_name, MIXTURE=MOLAR FRACTION 面外表面的厚度（如果需要的話；否則，b

44、ehavior_name空白），初始摩爾分?jǐn)?shù).. CAE使用：理想氣體混合物的規(guī)范不支持。 2.3 在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)里的用戶定義的流體行為 在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)的流體行為可以在用戶定義的子程序UFIELD。 Input File Usage: * FLUID BEHAVIOR, USER Abaqus/CAE Usage: 用戶子程序UFIELD不在ABAQUS/CAE支持。 3確定流體腔的環(huán)境壓力 對(duì)于氣動(dòng)流體，平衡問(wèn)題一般用流體腔中的“表壓力”來(lái)表示（即，環(huán)境大氣壓力不作用于系統(tǒng)的固體和結(jié)構(gòu)部件的載荷）。 您可以選擇將規(guī)范壓力轉(zhuǎn)換為本構(gòu)定律

45、中使用的絕對(duì)壓力。 對(duì)于液壓流體，可以定義環(huán)境壓力，它可以用來(lái)計(jì)算流體腔與流體環(huán)境之間流體交換的壓力差。 在空腔參考節(jié)點(diǎn)上作為自由度8給出的壓力值是表壓力的值。 如果沒(méi)有指定環(huán)境壓力，則假定為零。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, AMBIENT PRESSURE=Pa Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : 在指定環(huán)境壓力下切換：PA 3.1 等溫過(guò)程 對(duì)于液壓油和氣動(dòng)流體在長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題，合理地假設(shè)溫度恒定或周?chē)h(huán)境

46、的已知功能。 在這種情況下，流體的溫度可以通過(guò)指定初始條件定義（見(jiàn)“定義初始溫度”的初始條件在Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)和ABAQUS/Explicit”部分34.2.1）和預(yù)定義的溫度場(chǎng)（見(jiàn)“預(yù)定義溫度”在“預(yù)定義字段，”部分34.6.1）在腔的參考節(jié)點(diǎn)。 對(duì)于氣動(dòng)流體，氣體的壓力和密度是從理想氣體定律、質(zhì)量守恒定律和預(yù)定溫度場(chǎng)計(jì)算出來(lái)的。 對(duì)于具有絕熱特性的氣動(dòng)流體，在單腔與其周?chē)h(huán)境之間定義熱能流時(shí)，需要環(huán)境溫度，而流動(dòng)定義是基于分析條件的。如果不指定環(huán)境溫度，則假定為零。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, AMBIENT TEMPERATURE

47、= Abaqus/CAE Usage: Specification of ambient temperature is not supported in Abaqus/CAE. 4液壓流體 用流體力學(xué)模型模擬了Abaqus／標(biāo)準(zhǔn)中幾乎不可壓縮流體行為和完全不可壓縮流體行為。 可壓縮性是通過(guò)假設(shè)線性壓力體積來(lái)引入的。 關(guān)系。 可壓縮的行為所需的參數(shù)是體積模量和參考密度。 您省略了體積模量來(lái)指定Abaqus /標(biāo)準(zhǔn)中完全不可壓縮的行為。 密度的溫度依賴性可以被建模為流體的熱膨脹。 Input File Usage: * FLUID CAVITY, BEHAVIOR=

48、behavior_name Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Hydraulic 4.1 定義參考流體密度 參考流體密度是在零壓力和初始溫度下指定的，： nput File Usage: * FLUID DENSITY Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition

49、 : Hydraulic : Fluid density : density 4.2 可壓縮性流體體積模量的定義 壓縮系數(shù)用流體的體積模量來(lái)描述： 假定體積模量與流體密度的變化無(wú)關(guān)。然而，體積模量可以指定為溫度或預(yù)定義的場(chǎng)變量的函數(shù)。 Input File Usage: * FLUID BULK MODULUS Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Hydraulic : Fluid Bulk Modu

50、lus 標(biāo)簽頁(yè)：切換指定液體體積模量，并輸入表中的模數(shù)值。 使用以下選項(xiàng)包括溫度和場(chǎng)變量依賴：使用溫度相關(guān)數(shù)據(jù)的開(kāi)關(guān)，場(chǎng)變量的數(shù)目：n 4.3 定義流體膨脹 熱膨脹系數(shù)被解釋為來(lái)自參考溫度的總膨脹系數(shù)，它可以被指定為溫度或預(yù)定義的場(chǎng)變量的函數(shù)。 由于熱膨脹引起的流體體積的變化被確定如下： a是熱膨脹系數(shù)的參考溫度。 b是熱膨脹的平均（割線）系數(shù)。 如果熱膨脹系數(shù)不是溫度或場(chǎng)變量的函數(shù)，則不需要數(shù)值。 熱膨脹也可以用流體密度來(lái)表示： nput File Usage: * FLUID EXPANSION, ZERO= Abaqus/CAE Usage: I

51、nteraction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Hydraulic : Fluid Expansion標(biāo)簽頁(yè)：: toggle on Specify fluid thermal expansion coefficients , and enter the mean coefficient of thermal expansion in the table Usethefollowingoptionstoincludetemperatureandfieldvariabledepend

52、ence: Toggle on Use temperature-dependent data , Reference temperature : , Number of field variables : n 5 氣動(dòng)流體 可壓縮流體或氣動(dòng)模型（見(jiàn)“理想氣體狀態(tài)方程，”部分25.2.1）。 理想氣體（理想氣體定律）的狀態(tài)方程: 絕對(duì)壓力： 氣體常數(shù)R：氣體常數(shù)R也可以從通用氣體常數(shù)和分子量MW來(lái)確定，如下所示： 是目前的溫度，z是使用的溫標(biāo)下的絕對(duì)零度。 質(zhì)量守恒給出了流體腔中質(zhì)量的變化： M是流體的質(zhì)量，是流體進(jìn)入流體腔的質(zhì)量流率，是流體腔內(nèi)的質(zhì)

53、量流量。 5.1 定義分子量 你必須指定理想氣體分子量的值，MW。 nput File Usage: * MOLECULAR WEIGHT Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Pneumatic , Ideal gas molecular weight : 5.2 指定通用氣體常數(shù)的值 您可以指定通用氣體常數(shù)的值，。 Input File Usage: * PHYSICAL CO

54、NSTANTS, UNIVERSAL GAS CONSTANT= Abaqus/CAE Usage: All modules: Model → Edit attributes → model name : Physical Constants : toggle on Universal gas constant 5.3 指定絕對(duì)零的值 您可以指定絕對(duì)零溫度的值， Input File Usage: * PHYSICAL CONSTANTS, ABSOLUTE ZERO= Abaqus/CAE Usage: All modules: Model → Edit a

55、ttributes → model name : Physical Constants : toggle on Absolute zero temperature : 5.4 絕熱過(guò)程 默認(rèn)情況下，流體溫度是由預(yù)定的溫度場(chǎng)在空腔參考節(jié)點(diǎn)上定義的。然而，對(duì)于快速事件，Abaqus /顯式流體溫度可以由絕熱過(guò)程中假定的能量守恒來(lái)確定。有了這個(gè)假設(shè)，沒(méi)有熱量的增加或刪除從腔除了運(yùn)輸通過(guò)體液交換的定義或充氣。絕熱過(guò)程通常非常適合于建模氣囊的展開(kāi)。在部署過(guò)程中，氣體在高壓下從充氣機(jī)噴出，在大氣壓下膨脹。膨脹很快，沒(méi)有大量的熱量可以從空腔中擴(kuò)散出去。 Input File Usage: *

56、 FLUID CAVITY, ADIABATIC Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid cavity : Property definition : Pneumatic , toggle on Use adiabatic behavior 5.5 定義恒壓熱容 在模擬理想氣體絕熱過(guò)程時(shí)，必須規(guī)定恒壓下的熱容。 它可以被定義在多項(xiàng)式或表格的形式。多項(xiàng)式的形式是基于shomate方程，根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所。 恒壓力摩爾熱容可表示為 Abaqus/CAE Usage:

57、 Use the following option to specify the heat capacity in polynomial form: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Pneumatic , toggle on Specify molar heat capacity : Polynomial , Polynomial Coefficients : , , , , Use the following option to specify the heat

58、 capacity in tabular form: Interaction module: Create Interaction Property : Fluid cavity : Definition : Pneumatic : toggle on Specify molar heat capacity : Tabular : enter the molar heat capacity Use the following options to include temperature and field variable dependence in the table: Togg

59、leon Use temperature-dependent data , Number of field variables :n 6 理想氣體的混合物 ABAQUS／顯式模型可以模擬理想氣體在流體腔中的混合。理想氣體混合物的阿馬伽-部分勒杜克卷的規(guī)則是用來(lái)獲得摩爾的估計(jì)平均熱性能（Van Wylen桑塔格，1985）。 7 多流體腔的平均性質(zhì) 如果為包含多個(gè)流體腔的節(jié)點(diǎn)集請(qǐng)求腔內(nèi)流體的狀態(tài)的輸出，則多個(gè)流體腔的平均特性也將自動(dòng)輸出。 平均壓力是由體積加權(quán)空腔壓力貢獻(xiàn)來(lái)計(jì)算的。絕熱理想氣體的平均溫度是由質(zhì)量加權(quán)腔溫度貢獻(xiàn)得到的。 讓每個(gè)流體腔都有壓力、溫度、體

60、積、氣體常數(shù)和質(zhì)量。流體腔群的平均壓力被定義為： 11.5.3流體交換的定義 *流體交換 *流體交換性質(zhì) *流體交換活化 ? “vufluidexch，“ABAQUS用戶子程序段1.2.13參考指南 ? “vufluidexcheffarea，“ABAQUS用戶子程序段1.2.14參考指南 ? “定義流體交換作用，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.13.12，在 本指南的HTML版本 ? “定義流體交換相互作用特性，對(duì)ABAQUS軟件的用戶指南部分15.14.5， 在這個(gè)指南的HTML版本中 1 概述 流體交換定義： ? 可以用來(lái)模擬單個(gè)流體腔與

61、它的環(huán)境或兩個(gè)流體之間的流動(dòng)。 流體腔； ? 可用于規(guī)定質(zhì)量或體積的焊劑流入或流出空腔； ? 可以通過(guò)排氣孔對(duì)空腔的排氣進(jìn)行建模； ? 模型可以流過(guò)空腔壁，例如通過(guò)多孔織物滲漏嗎？； ? 可以用來(lái)規(guī)定通過(guò)傳熱的空腔表面的熱量損失； ? 可以考慮當(dāng)?shù)匚镔|(zhì)狀況； ? 可以解釋因接觸邊界面而引起的堵塞； ? 有一個(gè)名稱，可以用來(lái)識(shí)別從腔中流出的質(zhì)量流量的歷史輸出。 2 定義流體交換 流體交換能力是非常普遍的，可以用來(lái)定義進(jìn)出腔的流動(dòng)，無(wú)論是作為規(guī)定的功能還是根據(jù)分析條件產(chǎn)生的壓力差。 Abaqus／規(guī)范中的流動(dòng)行為是基于質(zhì)量流體流動(dòng)的，Abaqus／顯式的行

62、為可以基于質(zhì)量流體流動(dòng)或熱能流動(dòng)。 必須將流體交換定義與名稱關(guān)聯(lián)起來(lái)。 Input File Usage: * FLUID EXCHANGE, NAME=name Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid exchange , Name : name 2.1 單腔與其周?chē)h(huán)境的流動(dòng) 為了定義流體腔與其周?chē)h(huán)境之間的流動(dòng)，請(qǐng)指定與流體腔相關(guān)聯(lián)的單個(gè)參考節(jié)點(diǎn)。 在隨后的討論中，流體腔被稱為主腔。 當(dāng)流動(dòng)被定義為規(guī)定的函數(shù)時(shí)，流動(dòng)可以進(jìn)入或離開(kāi)主腔。 如果流動(dòng)進(jìn)入空腔，則流動(dòng)的物質(zhì)

63、的性質(zhì)被假定為空腔內(nèi)物質(zhì)的瞬時(shí)性質(zhì)。 當(dāng)流動(dòng)行為建立在分析條件的基礎(chǔ)上，質(zhì)量流量只能出現(xiàn)在主腔中，但熱能流可以進(jìn)入或離開(kāi)主腔。 對(duì)于質(zhì)量流量的情況，Abaqus將使用流體腔壓力和指定的恒定環(huán)境壓力來(lái)計(jì)算用于確定質(zhì)量流率的壓力差。 對(duì)于熱流量情況，ABAQUS /顯式將使用流體腔溫度和指定的恒定環(huán)境溫度來(lái)計(jì)算用于確定熱能流量的溫差。 Input File Usage: Use the following options: * FLUID CAVITY, NAME=primary_cavity_name, REF NODE=primary_cavity_reference_node

64、 * FLUID EXCHANGE, NAME=fluid_exchange_name primary_cavity_reference_node Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid exchange : Definition : To environment , Fluid cavity interaction : name, Fluid exchange property : name 2.2 兩流體腔間流動(dòng) 要定義兩個(gè)流體腔之間的流動(dòng)，請(qǐng)指定與初級(jí)流體腔和次級(jí)流體腔相

65、關(guān)聯(lián)的參考節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)流體處于分析狀態(tài)時(shí)，流體將從高壓或上游腔流向低壓或下游腔，熱能將從高溫流向低溫。 Input File Usage: Use the following options: * FLUID CAVITY, NAME=primary_cavity_name, REF NODE=primary_cavity_reference_node * FLUID CAVITY, NAME=secondary_cavity_name, REF NODE=secondary_cavity_reference_node * FLUID EXCHANGE, NAME=fluid_

66、exchange_name primary_cavity_reference_node, secondary_cavity_reference_node Abaqus/CAE Usage: Interaction module: Create Interaction : Fluid exchange : Definition : Between cavities , Fluid cavity interaction 1 : name, Fluid cavity interaction 2 : name, Fluid exchange property : name 2.3 在ABAQUS／顯式分析中指定有效區(qū)域 對(duì)于任何流體交換性質(zhì)，主腔的流量與有效泄漏面積成正比。 泄漏區(qū)域可能代表排氣孔的大小，包圍空腔的多孔織物的面積，或空腔之間管道的大小。 在ABAQUS /顯式分析中，可以直接指定有效泄漏區(qū)域的值。 或者，您可以通過(guò)指定包圍主流體腔的邊界上的表面名稱來(lái)定義表示泄漏區(qū)域的表面。 流體交換的有效面積是基于表面除非您指定的地區(qū)直接或通過(guò)用戶子程序