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基于ANSYS Workbench的流固耦合计算研究及工程应用

解元玉  
【摘要】:流固耦合是一个十分常见并且很重要的问题,在航天、石油、化工建筑、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。如油罐车、飞机油箱等这类储运系统在惯性力作用下产生的流固耦合效应,流体介质晃动对罐体的影响。对流固耦合问题的研究主要从理论、计算、试验及应用研究这四方面进行全面开展的。随着高等数学的不断发展,计算机水平的不断进步,越来越多的人投入到流固耦合的学习和研究中来,因而,处理流固耦合的方法逐渐的成熟和完善起来。 ANSYS Workbench是新一代的CAE分析软件,它将许多软件集成于个控制版面。ANSYS Workbench环境提供了从分析开始到结束的统一环境,使用者的工作效率得以提高。在ANSYS Workbench环境下,所有的设置都是统一的,并且可以和CAD数据相关联,包括分析后对几何的修改,求解器参数,后处理的设置和用户自定义的表达式等。本文是在ANSYS Workbench软件下应用仿真模拟来探索流固耦合现象,主要是针对单向流固耦合原理的学习以及对计算方法实现的探索。通过一个喷管喷水的例子,介绍在ANSYS Workbench下物理模型的建立、流体域和固体域的计算、流固耦合的途径以及结果的输出,总结出了在ANSYS Workbench实现单向流固耦合计算的方法,并由算例的理论值来验证计算方法的正确性和准确性。 最后,将单向流固耦合的计算方法应用到实际工程当中。随着国民经济的和社会的发展,作为大量液化气体、低温液体储运设备的运输式容器也必然随之发展,已经并继续渗透到国民经济的各个领域,由于运输的距离也越来越远,其安全操作也显得尤为重要。罐车罐体内的防波板对车体的稳定性起着十分重要的作用,它减少了罐车运行和紧急制动时液体对罐体的冲击力。目前,将这种方法应用于罐车防波板上的研究还不多。本文在ANSYS Workbench下对罐车罐体内的防波板和介质进行建模,模拟罐车加速过程中,在惯性力作用下罐体防波板和介质的流固耦合效应,分析了在不同加速度大小、不同介质物性和不同充装率的条件下,介质的晃动对罐体防波板应力分布的影响,绘制出了防波板在流体冲击时的应力图。得出了加速度大小和防波板所受最大应力的关系和不同介质物性与防波板所受最大应力的关系,得出的结论可以为罐车防波板的结构设计提供参考,为提高罐车罐体防波板的可靠性提供数值依据。


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