利用workbenchACT實(shí)現(xiàn)水下潛艇的濕模態(tài)分析

2016-10-21 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1工程背景

潛艇在水下運(yùn)行中除了受自身發(fā)動(dòng)機(jī)的影響,外殼還會(huì)發(fā)生振動(dòng)并激勵(lì)外場(chǎng)海水介質(zhì)形成輻射聲場(chǎng)。因此,結(jié)構(gòu)自身的振動(dòng)特性分析是研究其輻射聲場(chǎng)強(qiáng)度分布的基礎(chǔ)。潛艇水下的振動(dòng)模態(tài),稱為水下潛艇的濕模態(tài)。

建模過(guò)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(shè):

(1)流體是無(wú)粘和可壓縮的:

(2)聲波振幅相對(duì)較窄,這樣流體密度變化較小;

(3)波傳播與熱力學(xué)過(guò)程是絕熱的。

注:例子來(lái)自《ANSYS Workbench設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化第3版》p61,原書中采用插入命令流方式實(shí)現(xiàn)流固耦合,本文則使用ACT方式實(shí)現(xiàn)并與原文結(jié)果作對(duì)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(wǎng)格劃分

導(dǎo)入潛艇流固耦合模型在ANSYS Mechanical中如下圖所示。對(duì)于潛艇實(shí)體,采用automatic method劃分方法,網(wǎng)格尺寸為0.5m;對(duì)于流體域,則采用hex dominant method劃分方法,網(wǎng)格尺寸為1m。

3約束加載

加載ACT_Acoustics聲學(xué)模塊,在ANSYS Mechanical里面,選擇流體域?yàn)閍coustic body,設(shè)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(jié)果對(duì)比

使用ACT得到前十階模態(tài)結(jié)果以及第七階振型如下,第七階以彎曲振動(dòng)為主。

與原文中前十階模態(tài)結(jié)果對(duì)比,結(jié)果一致。

5ACT簡(jiǎn)介

ACT——應(yīng)用自定義工具包( Application Customization Toolkit ,ACT)的簡(jiǎn)稱?？傮w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(gè)工具欄,工具欄上添加一個(gè)按鈕,或者添加一個(gè)菜單項(xiàng),或者在模型樹(shù)中添加一個(gè)對(duì)象,并設(shè)置好對(duì)象的細(xì)節(jié)視圖等。

另外一個(gè)文件是PY文件,該文件是用PYTHON語(yǔ)言編寫的,它用于響應(yīng)XML文件中那些界面元素。例如當(dāng)用戶按下一個(gè)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(xiàn)在的Mechanical所不能提供的。在其中可以肆無(wú)忌憚的調(diào)用APDL的命令,從而可以完成異常復(fù)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(diào)用任意的APDL命令,而APDL命令是經(jīng)典界面的心臟。從而我們可以推斷,使用ACT的Mechanical,可以完成經(jīng)典界面的絕大部分功能。實(shí)際上,我們看到,隨著ANSYS版本的更新,在WB中已經(jīng)把經(jīng)典界面中的一些高級(jí)功能越來(lái)越多地向WB轉(zhuǎn)移。顯然,ANSYS自己清楚,工程師們都喜歡WB,而不喜歡經(jīng)典界面,但是經(jīng)典界面的分析功能又的確遠(yuǎn)超過(guò)WB,所以,ANSYS在不斷的使用ACT進(jìn)行編程,在新版的WB中提供越來(lái)越多的高級(jí)功能。

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