關(guān)于abaqus在流固耦合方面的應(yīng)用

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1、關(guān)于ABAQUS在流固耦合方面的應(yīng)用摘要：針對(duì)ABAQUS有限元分析軟件中的流固耦合功能，簡(jiǎn)述了其中理想氣體狀態(tài)方程的各參數(shù)含義以及流固耦合的分析要點(diǎn)。文章通過(guò)ABAQUS仿真分析和理論數(shù)值解的對(duì)比，證明了ABAQUS軟件計(jì)算理想氣體狀態(tài)方程的可信性，最后介紹其在某型號(hào)彈上的分析應(yīng)用。關(guān)鍵詞：理想氣體方程流固耦合ABAQUS前言隨著有限元技術(shù)的發(fā)展和用戶要求的提高，各大有限元軟件都含有流固耦合模塊，其主要用于液體、理想氣體和JWL的模擬，本文著重介紹ABAQUS中理想氣體狀態(tài)方程的功能和應(yīng)用。為了驗(yàn)證ABAQUS理想氣體狀態(tài)方程模擬氣體壓縮的正

2、確性，首先利用其模擬簡(jiǎn)單的氣體壓縮過(guò)程，并獲得該過(guò)程中氣體的狀態(tài)變化曲線（仿真曲線）；然后通過(guò)matlab求解該模型理論上的氣體狀態(tài)方程，并在Matlab上獲得數(shù)值解（理論曲線）。將仿真曲線和理論曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者非常吻合，證明了ABAQUS模擬理想氣體狀態(tài)的可信性。在此基礎(chǔ)上，將其用在某型號(hào)彈上的流固耦合分析。1理想氣體方程的參數(shù)含義在ABAQUS有限元分析軟件中，氣體壓縮方程為：...............................（1）其中：：氣體壓強(qiáng)的增量，初始增量為零，ODB文件輸出的壓強(qiáng)：初始的氣體壓強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為Pa

3、：氣體密度，這里設(shè)為：氣體常數(shù)，這里為287：氣體溫度，初始溫度設(shè)為20℃，ODB文件輸出的溫度：絕對(duì)溫度的零值，這里為-273℃在分析時(shí)，需要在定義系統(tǒng)的絕對(duì)零度值，如圖1所示圖1定義系統(tǒng)的絕對(duì)零度2ABAQUS仿真建立如圖2所示的裝配圖，氣體在一個(gè)封閉的環(huán)境內(nèi)受到活塞的壓縮。假設(shè)整個(gè)過(guò)程沒(méi)有任何能量的損失，及活塞氣體和活塞之間沒(méi)有熱傳遞，且活塞以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)。圖2氣體未壓縮和壓縮后體積的變化在設(shè)置模型過(guò)程中，活塞和氣體之間的接觸通過(guò)inp文件的關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，這樣的定義方式可以有效避免氣體的泄露。其定義過(guò)程為：*******

4、************為氣體分配材料屬性***********************InitialConditions,type=VOLUMEFRACTIONSet-inner-gas,gas-1.gas-inner,1.******************定義氣體的歐拉接觸面*********************Surface,type=EULERIANMATERIAL,name=inner-gassurfacegas-1.gas-inner******************定義活塞和氣體之間的接觸*****************

5、**ContactInclusionsinner-gassurface,Surf-contact-huosai***************************************************通過(guò)仿真計(jì)算后，在壓縮終結(jié)束時(shí)刻，氣體的壓強(qiáng)和溫度如圖3和圖4所示。圖3壓縮結(jié)束時(shí)，氣體壓強(qiáng)圖4壓縮結(jié)束時(shí)，氣體溫度3理論計(jì)算上節(jié)模擬的氣體壓縮過(guò)程是一個(gè)“等熵過(guò)程”它的氣體狀態(tài)參數(shù)關(guān)系為：.................................（2）其中k為等熵指數(shù)，這里取k=1.4，T為絕對(duì)溫度k。如圖2所示，氣體在初始狀

6、態(tài)下體積，活塞投影面，代入式（2）后氣體壓縮理論方程為.................（3）.................（4）其中h為活塞投影面與底面的距離，初始條件下，初始大氣壓，初始溫度。結(jié)合Abaqus參數(shù)名稱，定義氣體壓強(qiáng)增量和溫度：...........................................（5）...........................................（6）4結(jié)果對(duì)比采集967號(hào)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)和溫度，并繪制曲線（仿真曲線）。結(jié)合式（3）、（4）、（5）、（6），利用Matla

7、b軟件繪制出壓強(qiáng)增量和氣體溫度與h之間的曲線（理論曲線）。將ABAQUS的仿真結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，二者變化曲線如圖5和圖6所示。圖5仿真壓強(qiáng)曲線和理論計(jì)算壓強(qiáng)曲線的對(duì)比圖6仿真壓強(qiáng)曲線和理論計(jì)算壓強(qiáng)曲線的對(duì)比圖5和圖6中藍(lán)線表示的是用氣體狀態(tài)方程計(jì)算的氣體參數(shù)曲線，紅線表示的是ABAQUS有限元軟件仿真模擬的參數(shù)曲線，從圖可以看出，兩條曲線基本是重合的，因此ABAQUS有限元軟件在模擬理想氣體狀態(tài)方面具有非常大的可靠性。5流固耦合的應(yīng)用某型號(hào)彈的結(jié)構(gòu)如圖7所示，它有彈筒、彈頭和筒蓋組成，筒內(nèi)密封有空氣。筒蓋的材料是一種脆性塑料，彈筒和彈

8、頭認(rèn)為是剛體。當(dāng)彈頭壓縮前面的空氣并達(dá)到一定的氣壓時(shí)，筒蓋就會(huì)破裂。利用ABAQUS的流固耦合模塊，計(jì)算出彈頭移動(dòng)多少距離時(shí)，筒蓋會(huì)破損。圖7結(jié)構(gòu)裝配