Моделирование движения резиновой мембраны под действием течения воды

[supwgeneral 1]

Здравствуйте.

Есть задача смоделировать и рассчитать движение ленты (мембраны) под действием течения жидкости (будет ли она вообще двигаться)+ замерить расходы

 

Начальные условия таковы:

1. С незакрытой грани "куба" подсоединен резервуар с водой высотой 1.6м. Т.е. давление на дне как вы понимаете 1.6 м/в. ст.

2. Отверстие регулятор полностью открывается, после чего начинается движение ленты

 

Задача не может быть решена односторонним путем CFD>Mechanic, потому что под лентой есть отверстие из-за которого после определенного момента давление оказываемое на ленту должно изменится.

 

Опыта мало, но прочитав литературы и форумы стало ясно что такая задача решается с помощью 2-way Fluid-Structure Interaction (FSI). 

Стал рассматривать какие же программные комплексы предоставляют такую возможность. И остановился на Ansys и COMSOL Multiphysics.

 

Ход моих действий был таков:

1. Имеющуюся модель, которая создана в solidworks, "доделал" путем добавления туда объема воды (прошу прощения за мой русский). Просто создал куб и вычел из него всю остальную модель.
2. Импортировал полученную модель в Ansys Designer
3. Дальнейшие мои действия были подобны как описаны в этом видеоуроке https://www.youtube.com/watch?v=F9R_HgtfEIA
4. В Fluent я можно сказать повторил все доскональна
5. В Mechanical зафиксировал сам куб, зафиксировал начало и конец ленты. + создал условие не проникновения мембраны через грани куба. Интерфейсы переноса всех сил указал.
6. Запуск на расчет и...чуда не случилось(

Мои предположения по поводу возможных моих же ошибок, которые я не могу решить:

1. Думаю основной проблемой является, то что Отверстие №2 изначально полностью перекрыто и из-за этого я создал неверную проточную область для Fluent

К сожалению больше мыслей нет.

Прошу помочь люди добрые!

 

 

 

 

 

 

 

[Цветочек 15]

Я попытаюсь объяснить вам почему за то приличное время которое здесь висит ваш вопрос никто не  составил себе труда ответить вам по существу вопроса   Во первых задача которую вы собираетесь решать нуждается в профессиональном подходе   А этого из вашего поста не видно   Вы фокусируете все свои усилия на том чтобы овладеть различными системами численного решения задач гидро-газодинамики как будто это и есть ваша цель  Хотя стоило бы заняться тем что могло бы помочь предсказать и объяснить поведение ленты в потоке воды   Поэтому в начале подойте к этой задаче как аналитик а не калькулятор

[supwgeneral 1]

Я попытаюсь объяснить вам почему за то приличное время которое здесь висит ваш вопрос никто не  составил себе труда ответить вам по существу вопроса   Во первых задача которую вы собираетесь решать нуждается в профессиональном подходе   А этого из вашего поста не видно   Вы фокусируете все свои усилия на том чтобы овладеть различными системами численного решения задач гидро-газодинамики как будто это и есть ваша цель  Хотя стоило бы заняться тем что могло бы помочь предсказать и объяснить поведение ленты в потоке воды   Поэтому в начале подойте к этой задаче как аналитик а не калькулятор

Спасибо за ответ.

Вы скорее всего правы в том что я мечусь между программами. Но к сожалению есть задача которую надо посчитать именно в численном виде.

Что насчет понимания процесса, то тут вроде можно успокоится, я понимаю из-за чего и почему происходит движение ленты. Даже проводились натурные эксперименты.

Не наблюдается профессионализма в подходе наверное потому что я еще студент.

Цель моя на данном этапе смоделировать данный процесс и разобраться в тонкостях работы с программой на данном примере. В последствие основной целью станет вариация материала ленты или же ее армирования.

Спасибо за понимание

[Цветочек 15]

Раз вы и так всё понимаете, то отнеситесь к моему совету по поводу анализа задачи со всем вниманием. Во-первых, определите какие результаты в действительности вам нужны - макроскопические или локальные. На основе этого знания вы можете приступить к формализации задачи. Во-вторых, очистите задачу от лишних, усложняющих её понимание подробностей, посмотрите на её скелет. В результате этого уменьшится сложность этой задачи и улучшиться ваше собственное понимание процессов в ней протекающих. Постарайтесь понять, что использование сложных методов моделирования потребует от вас достаточно большого количества исходных данных, а результаты будут гораздо более локальными. И если вам  нужны макроскопические результаты, то FSI просто трата времени - стрельба по воробьям из пушки.

Изменено 22 января 2016 пользователем Цветочек

[supwgeneral 1]

Раз вы и так всё понимаете, то отнеситесь к моему совету по поводу анализа задачи со всем вниманием. Во-первых, определите какие результаты в действительности вам нужны - макроскопические или локальные. На основе этого знания вы можете приступить к формализации задачи. Во-вторых, очистите задачу от лишних, усложняющих её понимание подробностей, посмотрите на её скелет. В результате этого уменьшится сложность этой задачи и улучшиться ваше собственное понимание процессов в ней протекающих. Постарайтесь понять, что использование сложных методов моделирования потребует от вас достаточно большого количества исходных данных, а результаты будут гораздо более локальными. И если вам  нужны макроскопические результаты, то FSI просто трата времени - стрельба по воробьям из пушки.

 

Я не совсем понял ваш совет из-за его обобщенности. Простите.

 

По поводу макро или локально. Задача общая разложена на 2 части: 1) подбор  материала (использую Solidworks simulation) и совершенствование конструкции путем возможности армирования. 2) Тот который я пытаюсь рассчитать. На основе подобранного материала (исключая армирование - упрощение) проверить будет ли работать лента как задумано. Если материал будет слишком жесткий то ничего не получится. 

Такое количество натурных испытаний с таким градиентом материалов (которых нет в наличии) провести нет возможности. Поэтому расчет расходов воды при открытии Отверстия #2 ложится так же на численное моделирование.

 

Если возможно, подскажите насчет ошибок построения модели. По моему, все проблемы начинаются оттуда. Спасибо

 

P.s. Почему 2-way FSI? Я думаю лишь из-за того, что давление и прочие силы которые будет оказывать влияние на поверхность ленты по мере открытия Отверстия №2 будут изменятся. Их градиент изменения было бы так же интересно увидеть, потому что это может помочь с изменением в лучшую сторону данной конструкции.

Изменено 22 января 2016 пользователем supwgeneral

[Цветочек 15]

Какие данные решения этой задачи будут нужны в действительности в дальнейшем?

Вы разделили движения ленты как твёрдого тела и ее деформацию?

Вообще вы проанализировали силы действующие на ленту?

Изменено 22 января 2016 пользователем Цветочек

[supwgeneral 1]

Какие данные решения этой задачи будут нужны в действительности в дальнейшем?

 

1. Анимация движения мембраны (необходимо для визуального анализа)
2. Градиент расхода воды из отверстия #2  в зависимости от положения ленты (буду изменять размер отверстия №1)

Это самые основные данные. Из них уже можно будет судить о конструкции и том в каком направлении думать чтобы ее улучшить.

 

Спасибо.

[Цветочек 15]

Это значит, что вас интересуют макроскопические результаты. Поэтому в начале лента должна быть жёсткой и недеформируемой, определённого веса. Определяйте как потоки воды будут приводить ленту в движение, если вообще будут. Да и вообще ваша задача должна быть двумерной - лента просто цепь жёстких конечных элементов, имеющих массу. Неужели вас будет интересовать реальная объёмная геометрия ленты?

В любом случае, ключи к решению в ваших руках. Жаль только, что не зная простого, вы берётесь за сложное. Не то, что я против, хозяин - барин, просто мне жаль вашего труда

Изменено 22 января 2016 пользователем Цветочек

[supwgeneral 1]

Это значит, что вас интересуют макроскопические результаты. Поэтому в начале лента должна быть жёсткой и недеформируемой, определённого веса. Определяйте как потоки воды будут приводить ленту в движение, если вообще будут. Да и вообще ваша задача должна быть двумерной - лента просто цепь жёстких конечных элементов, имеющих массу. Неужели вас будет интересовать реальная объёмная геометрия ленты?

В любом случае, ключи к решению в ваших руках. Жаль только, что не зная простого, вы берётесь за сложное. Не то, что я против, хозяин - барин, просто мне жаль вашего труда

К сожалению двумерной я совсем ее представить не могу, по одной простой причине. Взгляните на модель повнимательнее и вы увидите что лента по ширине не во весь короб, а как раз это и дает приводить в движение ленту. Решая стационарную задачу в Flow Siimulation было проанализировано все что можно. Эксперимент показал что лента движется и работает. 

Я не совсем понял что мне даст жесткая и не деформируемая лента с заданной массой?

А вот с цепью конечных элементов, можно по подробнее, если это актуально после моего ответа.

Спасибо

 

P.s. Я не однократно пытался перевести эту задачу в двумерную плоскость, но никак. Возможны вы видите больше чем я. В таком случае не могли бы вы поделится этим.

Изменено 22 января 2016 пользователем supwgeneral

[supwgeneral 1]

Еще раз здравствуйте.

Пересмотрев множество уроков и почитав литературы возник вопрос. Практически везде оговаривается зона контакта как то к чему стремятся (различного рода клапаны). Моя модель по своей сути так же выполняет роль клапана. Но вот загвоздка в том, что у меня он изначально "закрыт". Это несет трудности и с определением  граничных условий в Fluent и обозначению Деформирующийся сетки. 

 

Может ли кто-нибудь подсказать способ выхода из данной ситуации?

[a_schelyaev 366]

Решить задачу в связке Abaqus-FlowVison или в вашей постановке искусственно разводить сетку, чтобы образоваля зазор для флюентовской сетки.

[supwgeneral 1]

Решить задачу в связке Abaqus-FlowVison или в вашей постановке искусственно разводить сетку, чтобы образоваля зазор для флюентовской сетки.

А можно по подробнее об "искусственно разводить сетку"?

Предполагается что изначально мембрана перекрывает второе отверстие. И вся система находится под давлением. После открытия отверстия-регулятора, лента начинает движение и изгибаясь открывает второе отверстие. Среда - вода.

 

Возможно это можно решить путем создания зазора между лентой и кубом. А получившуюся зону обозначить как пористую с максимальным сопротивлением (как это рекомендуют в задачах с клапаном). НО! Как "убрать" эту зону после того как лента начнет двигаться?

Изменено 29 января 2016 пользователем supwgeneral

[a_schelyaev 366]

Если вы работаете с сетками типа гекса или тетра и у вас есть проточный участок, который формируется деформируемыми поверхностями, то возможна ситуация, когда стенки друг друга могут касаться.

В этой ситуации CFD-сетка превращается в лепешку в таких местах и решалка или дает дуба или что-то еще происходит в сторону развала решения. При этом в реальности может быть ситуация, что стенки не схлопнутся, т.к. течение не даст.

Но это когда течение уже сформируется, а на начальных этапах расчета это может случится, поэтому и нужно предпринять меры, чтобы этого не случилось. Например физически развести в пространстве и сделать зазор.

 

При использовании FlowVision проблема схлопывания проточных участков не является криминальной из-за технологии генерации расчетной сетки.

[supwgeneral 1]

Если вы работаете с сетками типа гекса или тетра и у вас есть проточный участок, который формируется деформируемыми поверхностями, то возможна ситуация, когда стенки друг друга могут касаться.

В этой ситуации CFD-сетка превращается в лепешку в таких местах и решалка или дает дуба или что-то еще происходит в сторону развала решения. При этом в реальности может быть ситуация, что стенки не схлопнутся, т.к. течение не даст.

Но это когда течение уже сформируется, а на начальных этапах расчета это может случится, поэтому и нужно предпринять меры, чтобы этого не случилось. Например физически развести в пространстве и сделать зазор.

 

При использовании FlowVision проблема схлопывания проточных участков не является криминальной из-за технологии генерации расчетной сетки.

Огромное спасибо! Буду пробовать с таким костылем

К сожалению опробовать новейшие версии FlowVision нет возможности. А на известных ресурсах только старые.

[piden 2 874]

[Bonusfrag 104]

Интересно посмотреть то же самое с сеткой.

В начальный момент преграда внизу касается стенки?

[piden 2 874]

В начальный момент преграда внизу касается стенки?

Да. И может снова перекрыть течение воды. Но в этом ничего военного нету, здесь перекрывающиеся сетки, CEL.

 

Подобным образом "закрытие клапана" можно реализовать и в CFX с immersed solid, и во Fluent с overset mesh, и в Star-CCM.

 

 

[Bonusfrag 104]

так перекрывающиеся сетки или искажение сетки?

Во втором случае нужно перестроить сетку во всём или почти во всём объеме.

[piden 2 874]

так перекрывающиеся сетки или искажение сетки?

Ты все-таки думаешь, что я где-то ошибся или чего не договариваю?  

Изменено 29 июня 2016 пользователем piden

[a_schelyaev 366]

Ты все-таки думаешь, что я где-то ошибся или чего не договариваю?  

 

CEL, все таки,это не то же самое, что Immersed Body в Ansys.