LS-DYNA 最新进展之不可压缩流体 ICFD 求解器

LS-DYNA ICFD 不可压缩流隐式求解器用于模拟分析瞬态和稳态、不可压、黏性流体动力学现象。目前已实现 RANS k-epsilon 和 Smagorinsky LES 模型。可对流体域自动划分四面体非结构化网格,适合于解决稳态、涡流、边界层效应以及其他长时流体问题。

ICFD 求解器还可以采用 ALE 网格运动方法和网格自适应技术解决流体与结构之间的强耦合问题。ICFD 求解器的典型应用包括汽车流畅分析、飞机空投、船舶流体动力学、地面车辆、旗帜在风中摆动、血管中血液流动、肺中气体流动、心脏瓣膜开合、医疗器械设计分析、结构低速入水分析。这些问题中,马赫数小于 0.3。

介绍一些 ICFD 的典型算例。

1. 初级:液体晃动

通过使用关键字 ICFD_CONTROL_IMPOSED_MOVE,可以直接强加整个体积网格的位移。在晃动类型的计算案例中可能会遇到此配置。

当前输入平台是 ICFD_CONTROL_IMPOSED_MOVE 结合自由表面配置的简单示例。

计算结果如图所示:

attachments-2019-11-c0PcIJQc5dcbfa645194d.png

仿真使用到的关键之如下:

$-----------------------------------------------------------------------------
$
$ Example provided by Iñaki (LSTC)
$
$ E-Mail: info@dynamore.de
$ Web: http://www.dynamore.de
$
$ Copyright, 2015 DYNAmore GmbH
$ Copying for non-commercial usage allowed if
$ copy bears this notice completely.
$
$X------------------------------------------------------------------------------
$X
$X 1. Run file as is.
$X    Requires LS-DYNA MPP R9.0.0 (or higher) with double precision 
$X
$X------------------------------------------------------------------------------
$# UNITS: kg/m/s 
$X------------------------------------------------------------------------------
$X
*keyword
*TITLE
ICFD Sloshing with global imposed move
*INCLUDE
mesh.k
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$                                                                              $
$                             PARAMETERS                                       $
$                                                                              $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*PARAMETER
R    T_end       1.0
R  dt_plot      0.02
$
$--- Fluid
$
R     v_in        1.
R   v_back       -1.
Rrho_fluid      1000
R mu_fluid     0.001 
R dt_fluid     0.020
R     grav      9.81
$
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$                                                                              $
$                           ICFD CONTROL CARDS                                 $
$                                                                              $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*ICFD_CONTROL_TIME
$#     ttm        dt
    &T_end &dt_fluid
*ICFD_CONTROL_IMPOSED_MOVE
$#     pid    lcidvx    
         0         1 
*DEFINE_CURVE_TITLE
Velocity imposed
$#    lcid      sidr       sfa       sfo      offa      offo    dattyp
         1               
$#                a1                  o1
                 0.0               &v_in
                 0.5               &v_in
                0.52             &v_back
                0.80             &v_back
                0.82                   0
                2.00                   0             
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$                                                                              $
$                       ICFD PARTS/ SECTION/ MATERIAL                          $
$                                                                              $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*ICFD_SECTION
$#     sid   
         1
*ICFD_MAT
$#     mid       flg        ro       vis          
         1         1&rho_fluid &mu_fluid 
*ICFD_MAT
$#     mid       flg        ro       vis          
         2         0       
*ICFD_PART
$#     pid     secid       mid 
         1         1         1
*ICFD_PART
$#     pid     secid       mid 
         2         1         2
*ICFD_PART
$#     pid     secid       mid 
         3         1         1
*ICFD_PART_VOL
$#     pid     secid       mid 
        10         1         1
$#   spid1     spid2     
         1         3         
*ICFD_PART_VOL
$#     pid     secid       mid 
        20         1         2
$#   spid1     spid2     
         2         3         
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$                                                                              $
$                    ICFD BOUNDARY/INITIAL/LOAD CONDITIONS                     $
$                                                                              $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8    
*ICFD_BOUNDARY_nonSLIP
$#     pid   
         1
*ICFD_BOUNDARY_NONSLIP
$#     pid   
         2
*LOAD_BODY_Z
$#    lcid        sf       
         2         1          
*DEFINE_CURVE_TITLE
Gravity force
$#    lcid      sidr       sfa       sfo      offa      offo    dattyp
         2                    &grav
$#                a1                  o1
                 0.0                 1.0
             10000.0                 1.0
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$                                                                              $
$                            ICFD MESH KEYWORDS                                $
$                                                                              $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*MESH_VOLUME
$#   volid     
        10
$#    pid1      pid2        
         1         2           
*MESH_INTERF
$#   volid     
        10
$#    pid1                
         3  
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$                                                                              $
$                             DATABASE (OUTPUT)                                $
$                                                                              $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*DATABASE_BINARY_d3plot
&dt_plot
*END

2. 中级:水对刚性柱的影响

该案例模拟了水柱对刚性障碍物的冲击,并将结果与​​经验进行了比较。请注意,底部有一层薄薄的湿液体。警告:网格很好,在这种情况下建议使用 8 个 CPU 或更多。

计算结果如图所示:

attachments-2019-11-wiqO6kfN5dcbfc7e1318f.png

仿真使用到的关键字如下:

$-----------------------------------------------------------------------------
$
$ Example provided by Iñaki (LSTC)
$
$ E-Mail: info@dynamore.de
$ Web: http://www.dynamore.de
$
$ Copyright, 2015 DYNAmore GmbH
$ Copying for non-commercial usage allowed if
$ copy bears this notice completely.
$
$X------------------------------------------------------------------------------
$X
$X 1. Run file as is.
$X Requires LS-DYNA MPP R8.0.0 (or higher) with double precision
$X
$X------------------------------------------------------------------------------
$# UNITS: (kg/m/s)
$X------------------------------------------------------------------------------
$X
*keyword
*TITLE
ICFD Water impact on rigid column
*INCLUDE
mesh.k
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$ $
$ PARAMETERS $
$ $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*PARAMETER
R T_end 3.0
R dt_plot 0.05
$
$--- Fluid
$
Rrho_fluid 1000
R mu_fluid 0.001
R dt_fluid 0.000
Rcfl_fluid 0.90
R grav 9.81
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$ $
$ ICFD CONTROL CARDS $
$ $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*ICFD_CONTROL_TIME
$# ttm dt cfl
&T_end &dt_fluid&cfl_fluid
*ICFD_CONTROL_OUTPUT
$# msgl
4
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$ $
$ ICFD PARTS/ SECTION/ MATERIAL $
$ $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*ICFD_SECTION
$# sid
1
*ICFD_MAT
$# mid flg ro vis
1 1&rho_fluid &mu_fluid
*ICFD_MAT
$# mid flg
2 0
*ICFD_PART
$# pid secid mid
1 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
2 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
3 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
4 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
5 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
6 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
7 1 2
*ICFD_PART
$# pid secid mid
8 1 2
*ICFD_PART
$# pid secid mid
9 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
10 1 2
*ICFD_PART
$# pid secid mid
11 1 1
*ICFD_PART
$# pid secid mid
12 1 2
*ICFD_PART_VOL
$# pid secid mid
13 1 1
$# spid1 spid2 spid3 spid4 spid5 spid6 spid7 spid8
1 2 3 4 5 6 9 11
*ICFD_PART_VOL
$# pid secid mid
14 1 2
$# spid1 spid2 spid3 spid4 spid5 spid6 spid7 spid8
6 7 8 10 12
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$ $
$ ICFD BOUNDARY/INITIAL/LOAD CONDITIONS $
$ $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
1
*ICFD_BOUNDARY_NONSLIP
$# pid
2
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
3
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
4
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
5
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
7
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
8
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
9
*ICFD_BOUNDARY_NONSLIP
$# pid
10
*ICFD_BOUNDARY_NONSLIP
$# pid
11
*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
$# pid
12
*LOAD_BODY_Z
$# lcid sf
1 1
*DEFINE_CURVE_TITLE
Gravity force
$# lcid sidr sfa sfo offa offo dattyp
1 &grav
$# a1 o1
0.0 1.0
10000.0 1.0
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$ $
$ ICFD MESH KEYWORDS $
$ $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*MESH_VOLUME
$# volid
30
$# pid1 pid2 pid3 pid4 pid5 pid6 pid7 pid8
1 2 3 4 5 7 8 9
$# pid10 pid11 pid12
10 11 12
*MESH_INTERF
$# volid
30
$# pid1
6
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
$ $
$ DATABASE (OUTPUT) $
$ $
$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8
*DATABASE_BINARY_d3plot
&dt_plot
*ICFD_DATABASE_DRAG
$# pid
10
*ICFD_DATABASE_DRAG
$# pid
11
*ICFD_DATABASE_POINTOUT
$# outlv dt
1 5e-3
$# pid x y z
1 0.846 0. 0.026
*END

3. 高级:血液在血管中流动

在该示例中,血液流过动脉。已选择 Carrreau 非牛顿模型对血液进行建模。Windkessel 类型的边界条件已施加到不同的血管出口,象征着外部血液负荷。当使用该边界条件时,将施加总通量和某些回路参数的函数压力。在电气模拟中,压力代表标量势,通量代表总流量。

  • 发表于 · 2019.11.13 21:05 · 阅读 · 424

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