利用workbenchACT實現水下潛艇的濕模態分析

2016-10-21 by:CAE仿真在線來源:互聯網

1工程背景

潛艇在水下運行中除了受自身發動機的影響,外殼還會發生振動并激勵外場海水介質形成輻射聲場。因此,結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態,稱為水下潛艇的濕模態。

建模過程中需要建立流固耦合模型,其中流體為理想流體,滿足如下基本假設:

(1)流體是無粘和可壓縮的:

(2)聲波振幅相對較窄,這樣流體密度變化較小;

(3)波傳播與熱力學過程是絕熱的。

注:例子來自《ANSYS Workbench設計、仿真與優化第3版》p61,原書中采用插入命令流方式實現流固耦合,本文則使用ACT方式實現并與原文結果作對比。本文附錄為原書中所需命令流,讀者可按原書自行求解。

2網格劃分

導入潛艇流固耦合模型在ANSYS Mechanical中如下圖所示。對于潛艇實體,采用automatic method劃分方法,網格尺寸為0.5m;對于流體域,則采用hex dominant method劃分方法,網格尺寸為1m。

3約束加載

加載ACT_Acoustics聲學模塊,在ANSYS Mechanical里面,選擇流體域為acoustic body,設置mass density為1000,sound speed為1500;在boundary conditions里面添加acoustic FSI interface,選擇潛艇表面為流固耦合面;同樣在boundary conditions里面添加acceleration,在y方向添加重力加速度。

4結果對比

使用ACT得到前十階模態結果以及第七階振型如下,第七階以彎曲振動為主。

與原文中前十階模態結果對比,結果一致。

5ACT簡介

ACT——應用自定義工具包( Application Customization Toolkit ,ACT)的簡稱。總體上,它包含兩種文件:

一種是XML文件,主要用于定義界面,例如在Mechanical中添加一個工具欄,工具欄上添加一個按鈕,或者添加一個菜單項,或者在模型樹中添加一個對象,并設置好對象的細節視圖等。

另外一個文件是PY文件,該文件是用PYTHON語言編寫的,它用于響應XML文件中那些界面元素。例如當用戶按下一個按鈕以后,它可以添加一些邊界條件,這些邊界條件可能是現在的Mechanical所不能提供的。在其中可以肆無忌憚的調用APDL的命令,從而可以完成異常復雜的功能。

如果用戶能熟練使用ACT,那么我們可以推斷,用戶就可以定制自己的Mechanical,而由于在PYTHON中可以調用任意的APDL命令,而APDL命令是經典界面的心臟。從而我們可以推斷,使用ACT的Mechanical,可以完成經典界面的絕大部分功能。實際上,我們看到,隨著ANSYS版本的更新,在WB中已經把經典界面中的一些高級功能越來越多地向WB轉移。顯然,ANSYS自己清楚,工程師們都喜歡WB,而不喜歡經典界面,但是經典界面的分析功能又的確遠超過WB,所以,ANSYS在不斷的使用ACT進行編程,在新版的WB中提供越來越多的高級功能。

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