LS-DYNA CFD流固耦合分析

LS-DYNA CFD流固耦合分析
  • 流體力學是工程中經常遇到的物理現象及問題之一,但就僅只於觀察流體現象。一般進行流體力學的計算系統,對於結構分析卻是難以進行;而進行結構分析的系統,對於計算流體力學不一定會比較瞭解,不論方法論及程式結構上,兩者都有不易整合之處。
  • LS-DYNA的One Code Strategy,是真正將程式寫在一起,在運算中即時進行耦合運算。它可以在單一環境中,同時計算流體及固體之間耦合問題,特別是整合LS-DYNA大變形分析能力,使得以往不易實驗的問題,得以使用CAE來進行問題解析。這樣的能力,使LS-DYNA可以將結構與流場進行強耦合分析,對於橋樑分析等應用非常有幫助。
以下分別說明LS-DYNA不可壓縮流(ICFD)與可壓縮流(CESE)的流固耦合實例。
不可壓縮流-固耦合ICFD & FSI
    常見的應用如風力工程(Wind Engineering)。
  • 風工程乃指一切與風相關的工程問題,是一門結合大氣科學與工程科學兩者的學問。特別是台灣身處夏季受颱風影響的區域,冬季則受東北季風的吹襲,對於風力所造成的破壞更需留意。
  • 從另一個角度來看,台灣是風力能源豐富的地區,若能充分利用風能,可以帶來更多的效益。與一般CFD分析不一樣的地方,我們採用了LES模型進行風場的運算,並與結構體耦合運算,因此以下建築物受風場影響,會發生微振動,與一般實際情形更為接近。
可壓縮流-固耦合CESE & FSI
  • 計算流體力學中,說明了可壓縮與不可壓縮流分別的使用時機,以下就來看看在求解CESE流-固耦合問題時的案例。
  • 使用者可選用以下兩種方式之一:即沉浸邊界式(流體網格固定,固體結構在流場中移動)和移動邊界式(流體網格隨固體結構一起移動),兩者各有利弊。
    另外,LSTC還開發了一些專用子模組,如氣穴流子模組,燃料隨機噴射子模組,化學反應流子模組等。

  • 氣穴流模擬
  • 在本例中模擬的是高壓、高速柴油噴嘴內的氣穴流。噴嘴直徑=180μm,噴嘴內的噴射壓力=1000-barg。圖中顯示的是空隙律等直線圖,從圖中可看到在噴嘴拐角處形成的氣穴。
  • 安全氣囊的展開模擬
  • 此模擬的是一個折疊的安全氣囊展開的過程,它是一個典型的流體和薄殼耦合問題。
  • 運動激波與尖楔的相互作用
  • 一束右行的超音速激波與一個高速向左運動的尖楔相互作用,這是一個流體和運動剛體之間的相互作用問題。由於高速左行剛體本身產生的脫體激波與右行的超音速激波之間的相互作用,以及這些波在上下壁面的反射產生了如下極其複雜的流場結構圖。