索膜张拉结构基于大涡模型的FSI示例实用教案_第1页
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文档简介

1、计算(j sun)模型 索膜结构(jigu)跨度约为2m,高度12米; 结构(jigu)模型由三个单元组Plane Stress Membrane,Truss和Beam构成; membrane和truss单元施加预应力(应变);索膜结构模型找形前初始(ch sh)网格形态第1页/共33页第一页,共33页。计算(j sun)模型对于膜单元(dnyun)定义预应变膜单元(dnyun)的单元(dnyun)坐标系显示第2页/共33页第二页,共33页。 strain-11,strain-22是基于单元坐标系的应力分量,即面内两个方向的正应变;对于truss单元,strain-11即是单元轴向应变; 单元

2、坐标系的方向和surface控制点的顺序相关,因此要获得某种特殊的坐标系方向,需注意这一点; 复杂膜结构初应变(应力)可按照这个思路(sl)进行控制; ADINA允许施加初始应力或者应变,但一些计算模型表明,施加initial strain更加容易收敛;关于初始(ch sh)应变(应力)的说明计算(j sun)模型第3页/共33页第三页,共33页。计算(j sun)模型 找形属于静力平衡计算,但一般会采用low-speed dynamic damping方式控制收敛; damping factor会直接控制收敛过程,damping带来的振荡(zhndng)过滤后才是需要的平衡状态; 找形分析要

3、启动large disp.分析选项;第4页/共33页第四页,共33页。计算(j sun)模型 增加迭代(di di)次数,复杂模型甚至超过100次; 启动Line search; 仅靠缺省的能量收敛准则不够,增加力的收敛准则;第5页/共33页第五页,共33页。计算(j sun)模型 此模型(mxng)保存为membrane-shape.in; 生成dat文件进行计算,结果保存为shape-finding.por;第6页/共33页第六页,共33页。计算(j sun)模型经过100步计算得到(d do)的张拉膜形状观察变形最大点的位移变化过程表明结果已经(y jing)平衡第7页/共33页第七页,

4、共33页。分析(fnx)2:基于找形结果进行模态分析(fnx)第8页/共33页第八页,共33页。计算(j sun)模型 读入最初计算模型,设置计算类型为frequency/modes; 指定提取模态为10阶,并进行子空间迭代(di di)方法的控制; 设置启动类型为restart,启动时间是找形终止时间1;第9页/共33页第九页,共33页。计算(j sun)模型14阶振动(zhndng)模态 振动(zhndng)模态一般用来判断索膜结构的刚度、风振摆动形式、以及气流激振的频域范围; 也可用来检查找形计算模型的合理性;第10页/共33页第十页,共33页。计算(j sun)模型710阶振动(zhn

5、dng)模态第11页/共33页第十一页,共33页。分析(fnx)3:基于找形结果进行FSI分析(fnx)第12页/共33页第十二页,共33页。计算(j sun)模型 读入最初结构模型(mxng),启动FSI选项,计算类型为dynamic, restart,启动时刻为1; 在fsi界面定义中,对surface1要定义fsi 1和fsi 2两个界面。这是因为膜两侧都有气流并都存在流固耦合作用; 之后保存命令流文件为fsi-membrane.in,并写出dat文件(不求解);第13页/共33页第十三页,共33页。计算(j sun)模型下面(xi mian)内容详细讲解如何从找形后的膜单元构造流场。第

6、14页/共33页第十四页,共33页。计算(j sun)模型 在后处理中读入分析1的结果; 用list功能列出单元组1(膜)所有节点在最后一步的三个坐标值; 通过(tnggu)粘贴功能导入到excel表格中;第15页/共33页第十五页,共33页。计算(j sun)模型 注意导入时选择空格换列选项; 坐标值的有效数字(yu xio sh z)在excel中需设置到5位,否则可能产生误差;第16页/共33页第十六页,共33页。计算(j sun)模型 打开前处理(chl),将excel表中的四列贴到创建point的表格中;第17页/共33页第十七页,共33页。计算(j sun)模型 暂时写出命令流文件

7、,增加一些点用来控制流场的轮廓; 思路是将Y在-1,1位置所有控制点、以及(yj)入口y8的所有控制点确定;下游volumes则通过extrude生成即可;第18页/共33页第十八页,共33页。计算(j sun)模型 用surface grid的功能(gngnng)生成第一个面,用于膜结构下面流场的volume边界;注意:如果仅导入truss(索)单元的节点坐标,则需要先用这些(zhxi)points生成四条spline线,之后在通过四条线生成surface1亦可。(对于其它足够光滑的膜结构同样可以由边界生成膜surface)第19页/共33页第十九页,共33页。 用surface 1的四个边

8、,定义surface 2; surface 2将用于膜结构上面(shng min)流体volume的边界;计算(j sun)模型第20页/共33页第二十页,共33页。计算(j sun)模型 由于模型点、面众多,需要定义zone将模型元素分到不同(b tn)的zone; 定义zone donwblock,并激活(随后生成的模型元素自动放在此zone中);第21页/共33页第二十一页,共33页。计算(j sun)模型 由于surface 1,2共用4条线边界,因此生成volume则只能(zh nn)用patch(surface)方式; 用vertax方式生成一些辅助surface,再生成膜结构下面

9、的volume1;第22页/共33页第二十二页,共33页。计算(j sun)模型 当生成膜下部、上部的两个volume后,其它volume可直接用vertax方式(fngsh)建立;第23页/共33页第二十三页,共33页。计算(j sun)模型 当volume112建立后,进行网格密度控制; 下游volumes则用相应面extrude方式生成(shn chn),同时进行了网格密度控制;第24页/共33页第二十四页,共33页。计算(j sun)模型 将surface 1,2分别指定为fsi边界1,2,这与结构模型(mxng)中的定义是对应的;第25页/共33页第二十五页,共33页。 流体采用le

10、s中Smagorinsky亚格子模型,亚格子常数0.1,Prandtl数0.7; 速度入口平均流速(li s)8m/s,带有随机扰动,扰动每步均施加,波动强度0.002;计算(j sun)模型第26页/共33页第二十六页,共33页。计算(j sun)模型 通过空间函数控制入口速度随高度分布; 完善地面wall边界、x,z方向速度对称面等设置(shzh); 定义两个单元组,上、下volumes分成两个单元组划分,这样容易控制volume1,2的网格连续性;正确的网格划分中间流场不会连续(linx)(由膜隔开),因而出现边界第27页/共33页第二十七页,共33页。计算(j sun)模型 设置SIM

11、PLE+PISO算法,动网格用sparse求解器; 计算的第1步为稳态求解,要整个流场施加平均流速,其余(qy)步为动态计算;第1步稳态计算(j sun)的最大迭代步数第28页/共33页第二十八页,共33页。计算(j sun)模型 流场不需要重启动,但为了与结构模型的启动时间一致,需要将启动时间指定为1; 流场模型保存为命令(mng lng)流文件fsi-wind.in,并写出dat文件; 启fsi求解器进行求解。第29页/共33页第二十九页,共33页。计算结果常见结果例如总压、风压系数可定义resultant如下:Total_Pressure=静压+动压Nodal_Pressure+0.5*density*velocity_magnitude*2Cp=静压/流场输入(shr)单位体积动能Nodal_ Pressure / (0.5*density*v

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