Деформация тела с жидкостью внутри

[vl 327]

Вот непонятный товарищ. С одной стороны - хочу все посчитать, все процессы одновременно и сразу, с другой стороны - железа нет и не будет под это.

Попробуйте в 2D (осесимметричной, к примеру) постановке все решить, получить нужные давления, температуры, тепловые потоки и коэффициенты. И все это спокойно засунуть в 3D.

[Delcraft 0]

Я как раз и считаю в псевдо-2D постановке. Честно говоря, я бы с радостью обошелся только теплом, и не моя вина, что я не могу этого сделать, потому что параметры тесно зависят друг от друга.

Что касается железа, я приведу пример:

2-way FSI расчет во Fluent и Mechanical (мембрана + бак с маслом) считается с шагом 1е-6 с (при меньшем расчет разваливается). Этот шаг состоит из 5 совмещенных итераций, причем Fluent, выполняя внутри каждой итерации еще 20 (то есть всего 100 флюентовских итераций за 1 шаг), все равно не сходится и выдает нефизичные результаты.

На моем ПК (Core i7 3,4 Ghz, 8 Гб оперативной памяти) в параллельном режиме шаг в 1е-6 с считается чуть больше чем за 1 минуту. Соответственно, 70 секунд процесса - это 70 миллионов минут времени, то есть около 4,8*10^4 суток. У меня есть возможность посчитать процесс на кластере, но я не вижу в этом смысла, так как все равно получу нефизичные результаты без теплообмена (в ANSYS 14 Fluent и Mechanical не могут обмениваться теплом), причем посчитаю я только одну половину задачи, бак с маслом, а газовую полость придется считать отдельно. Разбиение процесса на связанные между собой отрезки позволят посчитать эту задачу дня за 2-3 (не суток).

По поводу давлений: если я буду знать давление масла на мембрану, буду знать, как прикладывать это давление правильно, я смогу посчитать деформацию отдельно от CFD в каждом отрезке в Transient Structural. Импортируя эти отрезки как новую геометрию, я получу совсем простой двусторонний тепловой расчет для CFX и Mechanical.

[vl 327]

вот это замечательная статистика по времени четко говорит о том, что задача решается не предназначенными для этого методами и инструментами.

Задача разваливается из-за явной постановки - а оная происходит из-за данной реализации FSI.

А 70 секунд в явной постановке Вы и на кластере повеситесь считать.

Соответственно нужна или неявная (а значит смена инструмента, на тот, который целиком поддерживает совместные уравнения) или выход на стационар, что мне кажется наиболее правильным и более чем физически оправданным.

За какое время деформируется мембрана? Вы говорите, что в течение этих 70-ти секунд. Скорость звука в среде - самое медленное 330 м/с. Если у Вас не супергигантские размеры, то можно просто просчитать стационар (без теплообмена) для разных давлений, получив формы мембраны при разных положениях и давления на ней (так как давление и форма меняются мгновенно при изменении давления на фоне 70 с и 330 м/с).

Ну а дальше используете эту геометрию для теплообмена. Единственно, я не понял - если Вы считаете, что теплообмен нестационарен, т.е. не прогревает мембрану за 70 с, то мне не ясно в какой постановке потом работать мембраной и теплом на временных срезах.

Эти рассуждения из того, насколько я понял задачу.

Кстати, посмотрите на Star-CCM. Там можно решать совместно структуру и жидкость. И может быть даже с учетом теплопередачи между телами. По крайней мере, там единая система уравнений. Хотя 70 с все равно все убивают.

[Delcraft 0]

Насчет стационарного расчета деформации Вы правы, так будет правильнее и проще. Что касается постановки задачи нестационарного теплообмена, то я планировал считать теплообмен, допустим, от 1й до 5й секунды, затем строить новую геометрию, интерполировать на нее предыдущие результаты как НУ, и считать следующий отрезок времени. И так до конца процесса. По сути, как мне кажется, это тот же механизм FSI, просто в более дискретной постановке.

[soklakov 1 479]

Немножко наводящих вопросов по картинке:

1. Почему Вы называете газ натекающим? Течение газа фактически отсутствует, как и течение масла. Откуда следом напрашивается вопрос: с чего Вы взяли, что условия конвекции (коэффициент теплопередачи) меняется во времени?

2. По поводу определения давления от масла. Куда уходит масло? Что там вверху? Какого давление в масле в начальный момент? Достаточно ли оно велико, чтобы пренебречь гидростатической частью?

Пока по-прежнему ощущение, что Вы усложняете себе жизнь тем, что хотите получить красивую картинку, а не решить задачу. Но тут уж Ваше дело.

Что у Вас по температурам газа и масла? Каковы они и как меняются во времени?

[Delcraft 0]

Газ натекающим я назвал, скорее, по привычке, т.к. считал для этого же устройства другую часть, куда он действительно натекал. В газовой области, скорее всего, не будет течения и ее можно считать в стационаре. Течение же в масле будет, т.к. оно будет выталкиваться из бака мембраной, которая изгибается ... неравномерно, что ли, не знаю, как объяснить) В общем, деформация будет осесимметричной, конечно же, но мембрана не будет изгибаться параллельно самой себе.

Начальное давление в масле - 1 атм, т-ра 300 К.

P.S. Псевдо-2D постановка будет, скорее всего, неправильной, т.к. у меня сферическая форма. Правильнее задать циклическую симметрию. Но с заданием этой симметрии в Workbench у меня возникли проблемы. Не подскажете, как правильно ее настраивать?

Изменено 5 октября 2012 пользователем Delcraft

[soklakov 1 479]

Не псевдо-2D, а осесимметричная Вам нужна. У CFX правда с ней проблемы, зато Fluent умеет. Да, я помню, что с теплом там туго при 2-FSI.

Я все-таки не увидел в Вашем объяснении причины изменения коэффициентов теплопередачи. Скорее всего, они не меняются все-таки.

Кстати, конвекция - это по сути теплопроводность к бесконечной теплоемкости. Но масло у Вас очень даже конечную теплоемкость имеет. Можно создать массу на теплопроводящих связях :)

Еще мысль: задача вряд ли далеко уйдет по результату от линейной. Но нужна красивая кратинка. Кажется Ваш подход (разбить деформацию на участки, чтобы хватало возможностей CFX) пока будет наиболее верным.

О, картинка:

В Вашей задаче в части прочности достаточно скользящую заделку (Frictionless support) по граням разрезов добавить для симметриии.

Циклическая симметрия актуальна для динамических задач, а у Вас статическая, хоть Вы и считаете ее в Transient.

[soklakov 1 479]

Как Вам такой вариант:

раз в Масле давление 1 атм, то, видимо, размеры таковы, что гидростатическим давлением Вы можете пренебречь. А тогда давление со стороны масла не меняется в процессе расчета. Там всегда 0,1 МПа.

Со стороны газа давление тоже, наверное, известно. Итого - механическую задачу можно решить.

Отсюда получить с десяток геометрий. Для них просчитать стационарный теплообмен в CFD. Убедиться, что коэффициенты теплопередачи не меняются, или же меняются, тогда зафискировать значения. Пофиксить максимальную температуру. Такая оценка должна получиться консервативной.

[Delcraft 0]

Как Вам такой вариант:

раз в Масле давление 1 атм, то, видимо, размеры таковы, что гидростатическим давлением Вы можете пренебречь. А тогда давление со стороны масла не меняется в процессе расчета. Там всегда 0,1 МПа.

Со стороны газа давление тоже, наверное, известно. Итого - механическую задачу можно решить.

Отсюда получить с десяток геометрий. Для них просчитать стационарный теплообмен в CFD. Убедиться, что коэффициенты теплопередачи не меняются, или же меняются, тогда зафискировать значения. Пофиксить максимальную температуру. Такая оценка должна получиться консервативной.

Возможно, я не понимаю что-то, поскольку не силен в таких вещах. Но 1 атм - это только начальное давление. Если мы будем давить через мембрану на масло с силой 300 атм, разве в масле давление не будет возрастать? Тем более что есть фикс. расход, который невелик и управляется штуцером - то есть, фактически, он определяется не давлением со стороны газа. Поэтому давление со стороны масла - это давление газа минус потери на деформацию мембраны (напором действительно можно пренебречь).

Второй вопрос, как я понял, он не только меня интересовал в свое время. У меня на мембране наклеена резиновая теплозащита. Я задаю ей гиперупругие свойства, но при расчете под давлением в 300 атм с ней происходит что-то адское) Можно задать ей несжимаемость, чтобы она просто изгибалась, и все?

[soklakov 1 479]

Возможно, я не понимаю что-то, поскольку не силен в таких вещах. Но 1 атм - это только начальное давление. Если мы будем давить через мембрану на масло с силой 300 атм, разве в масле давление не будет возрастать? Тем более что есть фикс. расход, который невелик и управляется штуцером - то есть, фактически, он определяется не давлением со стороны газа.

Пардон, забыл про сопротивление на выходе масла. Да, давление будет расти. А может не будет, но без решения (хотя бы на коленке) не понять заранее.

Второй вопрос, как я понял, он не только меня интересовал в свое время. У меня на мембране наклеена резиновая теплозащита. Я задаю ей гиперупругие свойства, но при расчете под давлением в 300 атм с ней происходит что-то адское) Можно задать ей несжимаемость, чтобы она просто изгибалась, и все?

Непоняяятно.

У вас только для покрытия гиперупругость? А сама мембрана из чего?

Гиперупругие материалы с трудом сходятся под всесторонним сжатием, как раз потому, что несжимаемые. Mixed U-P формулировки элементов несколько спасают ситуацию, но не часто. У Вас не похожая ситуация?

[Delcraft 0]

Мембрана из стали. Теплозащита на ней - из специальной резины. Насколько я понял из бесед с конструкторами, она не должна сжиматься под давлением, просто изгибается, повторяя форму мембраны. Есть вариант просчитать мембрану, а потом дорисовать к ней тзп, раз уж так она себя ведет.

[soklakov 1 479]

По описанию похоже на то, что жесткость резины значительно ниже. Из-за чего ее сильно прижимает к стали и деформирует - расчет разваливается.

В тоже время просто упругая сталь в такой деформации - довольно странно. А пластичная - странно тем более. Как насчет моделировать мембрану гиперупругой целиком?

[Delcraft 0]

Я получил деформации мембраны (хотя это шаманизм и варварство, так делать)). Хорошо, что мне нужны только ее положения, а не динамика во времени. Так что спасибо за советы. Теперь для меня главной проблемой будет перестройка доменов жидкости, в SolidWorks'е эти парасолидовские геометрии на эскизы не разобьешь, увы. Но с этим уже я как-нибудь справлюсь.

[soklakov 1 479]

Я получил деформации мембраны (хотя это шаманизм и варварство, так делать)).

Что именно нашаманили-то?

[Delcraft 0]

Просто посчитал деформацию за короткий период, затем сравнил по графику расходов с экспериментальными данными и определил, в какой момент времени в реальном процессе насколько мембрана должна выгнуться. Ну, а дальше - уже CFX и Transient Thermal.

[Delcraft 0]

Внезапно возник такой вопрос:

Каким образом в Transient Thermal я могу передать получившиеся температуры в одном расчете как начальные условия в другом?Воркбенч может делать такое автоматом только с одинаковой геометрией,а у меня ведь она меняется от расчета к расчету.

[soklakov 1 479]

Будет непросто, но External Data может Вам помочь.

[Delcraft 0]

)) Действительно непросто. External Data мне вряд ли поможет, через нее можно записать температуры в узлах, а координаты узлов при изменении геометрии меняются. Я пробовал, и ничего адекватного не получил.

[soklakov 1 479]

У Вас задача осесимметричная. Можно протянуть узлы вдоль оси вращения и раскопировать температуры также вдоль оси. Ну а интерполяция свое дело потом сделает.

Что-то мне подсказывает, что Вы поймете о чем я.

[Delcraft 0]

Еще одна проблема в том, что если я задаю экспорт профилей температур для 2х разных поверхностей, они перекрывают друг друга и пишется какая-то чушь. Например, я задаю 2 Command Snippet, одну для выбора поверхностей экспорта:

exun,surf,temp,comm,si

cmsel,s,membrane,node

sf,all,fsin,1,1

allsel,all

cmsel,s,tank,node

sf,all,fsin,2,2

allsel,all

и вторую уже для экспорта:

exun,surf,temp,comm,si

expr,surf,temp,1,membT1,membT1,csv,

expr,surf,temp,2,tankT1,tankT1,csv,

При том, что температуры должны выдаваться в К, они записываются в С, и совершенно не такие, какие получаются по итогу расчета на выбранных поверхностях в NS membrane и tank.

Если же я задаю только одну пов-ть, например, membrane, то все записывается правильно, но почему-то все равно в цельсиях.

P.S. Что касается протягивания узлов и раскопирования, то Вы мне льстите, я совершенно ничего не понял. Я же , в сущности, дикий варвар в отношении таких фишек, никогда ими не занимался.

Изменено 11 октября 2012 пользователем Delcraft