民用产品：利用 ABAQUS/Explicit 模拟流体结构相互作用

摘要

含有流体的结构必须在加载许多类型载荷的情况下进行分析，才能确定设计的有效性。在容器和消费品的设计中，所考虑的典型负载情况包括下落测试、温度改变、耐压和堆积。对于动态负载的情况，ABAQUS/ Explicit 有许多优点：能够精确模拟几种类型流体结构的相互作用，包括晃动和惯性负载效应。ABAQUS 被广泛应用于消费品和包装工业的这类分析中。

ABAQUS 的主要功能和优点
——能够有效分析瞬态高度非线性问题的显式动态求解方法。
——流体构成特性的状态模型方程。
——为保持流体网格特性，自动适应划分网格。
——强大的触点算法。
——针对容器破裂仿真的材料和单元失效。

背景知识

当一个被流体部分充满的结构运动时，容器内的流体就可能会晃动。在一个完全动态的情况下，流体对结构的惯性载荷是分析的关键因素。由于流体与结构间的耦合，两者都可能会发生大的变形，这种变形可能会造成封闭容器破裂或者流体从开口容器中流出。虽然没有提供完整的计算流体动力学 (CFD) 功能，ABAQUS/Explicit 还是很适合分析这类流体结构相互作用的问题。

本期技术简报分析了两个流体结构相互作用的实例。第一个实例是模拟一个流体容器。容器由盒子和盖子组成。容器被流体部分充满，盒子有一份速度历史纪录。分析的目的是确定流体晃动是否会引起盖子脱离盒子。第二个实例是对一个被流体部分充满的瓶子进行3 英尺的下落测试。分析的目的是检验瓶子是否会破裂。在这两个问题中，惯性流体结构耦合对结构响应的影响是主要研究方向。
 

有限元分析方法

两个问题中，流体和结构作为分开的实体进行网格划分，在连接表面进行接触定义。这时采用了通用接触算法，它可以非常简单地对接触作用进行定义。