培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析案例詳解

2017-07-24 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

先來(lái)了解下PumpLinx的文件構(gòu)成吧。需要的趕緊進(jìn)入下載鏈接吧:

http://pan.baidu.com/s/1slprgT3

PumpLinx Demo文件說(shuō)明

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片1

1.船體幾何模型導(dǎo)入

? 在CAD軟件中將船體的模型以stl格式導(dǎo)出,本案例中即為deck面、hull和transform面。如果從CAD模型中導(dǎo)出的是一個(gè)整體,可以劃分為deck面和hull面。

?運(yùn)行PumpLinx軟件,新建一個(gè)工程文件,界面如下:

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片2

?選擇界面左邊的Mesh窗口命令(一共4個(gè)窗口選項(xiàng),分別是Mesh,Model,Simulation和Result,分別代表各個(gè)步驟)。

?選擇Import/Export Geometry or Grid命令,點(diǎn)擊Import Surface From STLTriangulation File,選擇deck.stl、transom.stl和hull.stl文件,如圖所示:

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx流體分析圖片3

2. 生成網(wǎng)格

? 在Mesh窗口下,選擇Marine Template Mesher命令。

? 設(shè)置Hull Type為Displacement,其中該選項(xiàng)下Planing指快艇類(lèi)的船型,Dispalcement指集裝箱類(lèi)的大船;

? Analysis Type保持Resistance/Powering設(shè)置不變;

? Mesh Size可以保持Normal不變,或設(shè)置為Fine,也可設(shè)置User Defined進(jìn)行自定義設(shè)置,本案例可設(shè)置為Fine;

? 點(diǎn)開(kāi)Domain Size左邊的小三角,設(shè)置Size Reference為Maximum Dimension,設(shè)置船體模擬的外流域參數(shù)如下:

Front 0.5 表示船體外域在船頭方向往前延伸0.5倍船長(zhǎng)

Back 1.5 表示船體外域在船尾方向往后延伸1.5倍船長(zhǎng)

Side 1 表示船體外域在船側(cè)方向往船身外側(cè)延伸1倍船長(zhǎng)

Depth 0.8表示船體外域在船體下沉方向延伸0.8倍船長(zhǎng)

Up 0.2 表示船體外域在船體上方方向延伸0.2倍船長(zhǎng)

Half Domain yes 表示半船模型

? 設(shè)置Max Pitch Angle即最大俯仰角為2度(大船);(小船10度)

? 設(shè)置Max Heave及最大下沉量為1m;

? 在Geometric Entities窗口下,選擇hull面和transform面;在Properties窗口下,點(diǎn)擊Hull右側(cè)的 + ,同理選擇deck面,將deck面添加;

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx流體分析圖片4

設(shè)置船體的上浮方向?yàn)?/span>(0,0,1);

? 設(shè)置船體前進(jìn)方向?yàn)?/span>(1,0,0);

? 設(shè)置船體重心坐標(biāo)為(2.985,0.002,-0.111);

? 設(shè)置水線位置為0.111。注意水線位置是相對(duì)于船體重心獲得的,不是相對(duì)于原點(diǎn)獲得的;0.111表示水線在重心上方0.111m處。

? 最終參數(shù)設(shè)置如下:

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx流體分析圖片5

? 在Properties窗口下,點(diǎn)擊Build Marine Template Mesher命令。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx流體分析圖片6

?在Geometric Entities窗口會(huì)出現(xiàn)Volumns/marine選項(xiàng),即新生成的網(wǎng)格模型。總網(wǎng)格數(shù)量約為135萬(wàn)(如硬件條件允許,可以適當(dāng)加密網(wǎng)格),部分網(wǎng)格截圖如下:

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片7

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片8

點(diǎn)開(kāi)marine左邊的小三角,在boundaries下面合并hull面和subfeatures面,隨后點(diǎn)擊save命令選擇保存路徑進(jìn)行模型保存。注意船頭部分應(yīng)盡量避免出現(xiàn)subfeatures選項(xiàng)。

3.模型設(shè)置及求解

?點(diǎn)擊Model窗口,由于采用marine模板進(jìn)行的網(wǎng)格劃分,此時(shí)PumpLinx在Model窗口下已經(jīng)自動(dòng)調(diào)用:

Marine 船舶模板

Flow/Multiphase and Turbulence VOF多相流和湍流模型

Translation(1DOF)marineHeave 1平動(dòng)自由度,計(jì)算船體的下沉量變化模板

Rotation(1DOF)marinePitch 1轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,計(jì)算船體俯仰角度變化的模板。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片9

在Model窗口下,點(diǎn)擊Marine,在Properties窗口下設(shè)置Dynamic Option為Pitch/Heave,表示既要計(jì)算下沉方向的運(yùn)動(dòng),又要計(jì)算俯仰方向的運(yùn)動(dòng)情況。如果只需計(jì)算其中一種自由度情況或只考慮靜水情況,則可根據(jù)分析需求分別選擇Pitch Only/Heave Only/No Dynamics;

?設(shè)置Propulsion Option為Prescribed Profile,設(shè)置Target Velocity為2m/s,即目標(biāo)速度;設(shè)置Ramp Up Time為2s,即加速時(shí)間為2s;

注釋:另外兩種設(shè)置

?方法一:也可設(shè)置Propulsion Option為Veclocity Profile,設(shè)置Velocity Profile為一定值或是隨時(shí)間變化的曲線;

?方法二:也可設(shè)置Propulsion Option為Propulsion Source即添加動(dòng)力源模型,設(shè)置Propulsion Source為Force Vector/Propeller Model;

?以Force Vector為例,Propulsion ID為動(dòng)力源數(shù)量,Position表示動(dòng)力源位置坐標(biāo),Direction表示作用方向,Force Expression表示力的分布;

?以Propeller Model為例,Propulsion ID為動(dòng)力源數(shù)量,Position為螺旋槳中心位置,Direction為作用方向,Propeller Model可設(shè)置為Hough-OrdwayModel/Uniform Thrust Model;

─ 以Hough-Ordway Model為例,Propeller Diameter為螺旋槳直徑,Hub Diameter為螺旋槳軸徑,Hub Thickness為螺旋槳軸向高度,PropellerDirection設(shè)置為Right-handed即右手法則,Propeller RPM為螺旋槳轉(zhuǎn)速,Kt Curve為推力系數(shù)曲線,Kq為轉(zhuǎn)矩系數(shù)曲線。

─ 以Uniform Thrust Model(均勻推力模型)為例,Propeller Diameter為螺旋槳直徑,Hub Diameter為螺旋槳軸徑,Hub Thickness為螺旋槳軸向高度,Propeller RPM為螺旋槳轉(zhuǎn)速,Kt Curve為推力系數(shù)曲線。

?設(shè)置Body Mass為1648.42370284735kg,注意此處應(yīng)為整船的質(zhì)量;

?設(shè)置Moment of Inertia即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為6134.9871kg.m2;

?設(shè)置Fluid Property如下:

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片10

?完成上述設(shè)置后,在Simulation窗口下,設(shè)置CFD模擬參數(shù)如下:

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析cae-pumplinx圖片11

?其中模擬時(shí)間為35s,時(shí)間步數(shù)為3325,迭代步數(shù)為25,保存頻率為5,點(diǎn)擊start即可啟動(dòng)計(jì)算。

? 注意:如果要查看具體的模型設(shè)置,可將Marine設(shè)置為Advance mode查看相關(guān)的參數(shù)設(shè)置。

4.計(jì)算結(jié)果查看

?云圖顯示。在Geometric Entities窗口的Volumns部分,選擇需要查看的流體域,在Results窗口下,選擇對(duì)應(yīng)的變量即可顯示云圖(如壓力、速度、水體積分?jǐn)?shù)、渦量等)。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析cae-pumplinx圖片12

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析cae-pumplinx圖片13

?查看整船云圖。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片14

?船體阻力、下沉量、俯仰角查看。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片15

?如需查看具體的阻力、下沉量、俯仰角數(shù)據(jù)或需要對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理,可以通過(guò)copy date命令將數(shù)據(jù)直接粘貼至Excel或其他數(shù)據(jù)處理軟件。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片16

?創(chuàng)建截面云圖。在Geometric Entities窗口下,點(diǎn)擊Create a Cross-Section命令,在窗口下方新增Derived Surfaces選項(xiàng),選擇新創(chuàng)建的截面,可通過(guò)拖動(dòng)滑塊或設(shè)置截面位置的方式確定某一截面位置。

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx流體分析圖片17

培訓(xùn)篇之PumpLinx船體水動(dòng)力流場(chǎng)分析Pumplinx流體分析圖片18

?動(dòng)畫(huà)制作。在瞬態(tài)計(jì)算開(kāi)始前,設(shè)置保存頻率為5,即每隔5時(shí)間步保存一個(gè)結(jié)果,當(dāng)計(jì)算完成后,在當(dāng)前目錄下則會(huì)存儲(chǔ)多個(gè)結(jié)果文件。在模型顯示區(qū)域,將三維顯示效果調(diào)至最佳位置,然后在Flie下面選擇Save animation,彈出對(duì)話(huà)框,選擇對(duì)應(yīng)的所有結(jié)果文件,然后點(diǎn)擊“打開(kāi)”,在給定該動(dòng)畫(huà)的名稱(chēng),點(diǎn)擊保存即可生成后綴為.gif的動(dòng)畫(huà)文件。