CFD气动分布载荷在结构仿真中的加载方式介绍

前言

在一些涉及到在复杂曲面上施加非均布载荷的工程实际问题中,用户无法直接在对应的几何区域加载,而是需要从外部数据文件中读取载荷数据,顺序流固耦合仿真即是一种典型的需要从外部读入数据的情形。顺序流固耦合常被用于不考虑结构变形对流体影响的仿真计算中,此类分析本质是使用CFD软件计算出的压力载荷作用到结构上得到响应结果,这种载荷数据的传递通常使用力学分析模块中导入载荷功能实现。为此,OptFuture中的分析模块支持导入外部载荷数据文件作为模型的载荷输入进行计算,本期以线性静力为例,为大家介绍如何读取外部数据并应用到OptFuture模型中。

导入载荷

使用导入载荷之前需要准备载荷数据表,数据格式如表1所示,数据前三列分别为x、y、z坐标数据,第四列为载荷数值,数据文件格式可以是csv,xls和xlsx文件类型任意一种。

表1 导入数据格式

通过分析模块中的载荷列表添加导入载荷功能,完成几何特征选择并导入数据表即可完成导入载荷设置。几何特征的选择为几何面,载荷数据将映射到结构表面网格节点上。
工程上常用的载荷概念包括使用载荷和设计载荷,使用载荷是指实际使用中所承受的荷载,设计载荷是指在设计过程中考虑到的最大荷载,考虑了一定的安全系数。导入载荷中安全系数的输入为修改设计载荷提供了便利,通过改变安全系数即可改变不同的载荷包络,求解时实际施加的载荷为使用载荷 * 安全系数。

图1 导入载荷设置

显示选项中可选择源点、云图和源点+云图类型,默认选择源点。点击预览可以很方便的获取载荷数据在几何体上的数据点分布、云图分布以及数据点+云图分布。与此同时,界面左上方会计算显示出载荷数据在全局坐标系下三个方向的力和力矩的等效值,如图2、3、4所示。从图3、4中可以清楚地看到,所导入的载荷表现出明显的非均布特征,因此使用常规的手法很难施加这样的非均布载荷。

图2 导入载荷数据源点

图3 导入载荷数据云图

图4 导入载荷数据源点+云图
载荷类型可选”压力系数Cp”和”压强P”,用户可根据实际工况灵活选择载荷类型,两种类型本质上是一样的,他们遵循的关系为压力系数Cp*动压=压强P。

使用外部载荷功能将外部数据导入至线性静力模块作为压力载荷,图5所示端面施加固定约束,分别使用某商软和OptFuture计算此结构的响应。表2中分别给出了某商软和OptFuture的位移解,从表中可知OptFuture的位移解与某商软位移解的相对偏差仅为0.8%。

图5 固定约束位置
表2 OptFuture与某商软结果对比

小节

OptFuture导入载荷功能为上游部门的载荷数据和外部仿真数据的输入提供了接口,用户可以方便的查看导入载荷的分布并根据实际情况灵活选择载荷类型。使用某商软中的导入载荷功能作为载荷输入计算出的位移解作为对标值,OptFuture计算结果仅与对标值的偏差0.8%,结果表明导入载荷及计算结果的准确性。后期将会为大家介绍更多OptFuture其他功能和操作技巧,以便在仿真分析中更加流畅。感兴趣的读者朋友可以直接进入我们的官网注册账号进行软件试用,往期文章内所提到的模型参数以及OptFuture模型,可以通过我们的官方公众号(见文末二维码)或者客服微信群索取。
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