![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
При построении расчетных моделей сложной формы часто возникает ситуация когда на них не удается наложить структурную конечноэлементную сетку. Зачастую это происходит из-за того, что форма модели не позволяет привести к виду, который можно разбить по одной из рассмотренных выше схем. В этом случае проблема построения структурной сетки может быть решена за счет декомпозиции расчетной области. Под декомпозицией понимают разделение исходной модели на блоки, которые могут быть разбиты структурно. При эом предпочтительнее выделять блоки, в основе которых лежат топологические четырехугольники. Они могут быть разбиты по схемам Map или Submap. В результате, конечноэлементная секта расчетной области получается состоящей из нескольких блоков со структурным разбиением.
Разделение расчетной области на структурные блоки производится с помощью команды Split ,
, операций вычитания
, и пересечения
объектов. В ряде случаев возможно получения структурного блока из нескольких неструктурных с помощью команды Merge
или операции сложения
.
Рассмотрим несколько примеров структурного разбиения сложных объектов с помощью декомпозиции.
Пример 1. Необходимо наложить структурную сетку на расчетную область в виде куба, внутри которого имеется шаровидная полость (рис. 5.54, а).
Рис. 5.54. К примеру 1
Рассматриваемая модель может быть разбита по схеме Cooper. Для этого необходимо спроецировать сетку с одной поверхности с отверстием на противоположную. Однако разбить построить качественную сетку на поверхности с отверстием не удастся. Поэтому исходный объем можно разделить на две части диагональной плоскостью (рис. 5.54, б,в). Верхние грани полученных призматических объемов могут быть разбиты сеткой более высокого качества. Они используются в качестве проецирующих поверхностей при разбиении призм по схеме Cooper. Результат разбиения показан на рис. 5.55.
Если исходную фигуру поделить не одной, а двумя диагональными поверхностями, то проецирующие поверхности могут быть разбиты структурно по схеме Map и сетка на рассматриваемой расчетной области получится более упорядоченной (рис. 5.56).
Рис. 5.55. Возможное решение примера 1
Рис. 5.56. Другое возможное решение примера 1
Пример 2. Требуется наложить сетку по схеме Cooper на расчетную модель изображенную на рис. 5.57. Она состоит из двух объемов: прямоугольного параллелепипеда и полукольца. Поверхность параллелепипеда, к которой примыкает полукольцо, состоит из двух частей: прямоугольника с двумя отверстиями 3 (эта часть принадлежит только параллелепипеду) и двум кругам 1 и 2 (эта часть принадлежит обеим частям модели). Построение сетки целесообразно начать с разбиения полукольца. Оно разбивается по схеме Cooper, аналогично тому, как это было рассмотрено выше. Затем разбивается поверхность 3. Структурное разбиение параллелепипеда осуществляется по схеме Cooper. В качестве проецирующих поверхностей используются грани 1,2,3 и противолежащую им поверхность. Результат разбиения показан на рис. 5.58.
Рис. 5.58. Возможное решение примера 2
Пример 3. Необходимо наложить конечно-элементную сетку по схеме Cooper на модель изображенную на рис. 5.59, а. Она состоит из двух цилиндров разного диаметра. Оси цилиндров пересекаются под прямым углом и лежат в плоскости симметрии большего цилиндра.
Рис. 5.59. К примеру 3
Наложить структурную сетку по схеме Cooper на эту модель без проведения декомпозиции не удастся, т.к. для разбиения по данной схеме необходимо, чтобы боковые грани объема могли разбиваться Map сеткой.
Поэтому исходную фигуру нужно разделить на блоки, которые могут быть разбиты структурно. На рис. 5.59, б показан один из возможных вариантов декомпозиции. Расчетная область делится двумя поверхностями, параллельными осям цилиндров и отстоящих от плоскости симметрии фигуры на расстояние немного превышающее радиус малого цилиндра. В результате модель делится на 3 части: два объема, в основе которых лежат поверхности 1 и 2 и фигуры представляет собой шестигранник с цилиндром, выходящим из одной из боковых поверхностей. Все они могут быть разбиты по схеме Cooper,, причем направления проецирования соседних объемов отличаются на 90°. Разбиение следует начинать с центрального объема. В качестве проецирующих поверхностей используется грани 3 и 4, сетка с которых проецируется на поверхность 5. Две оставшихся объекта также разбиваются по схеме Cooper используя в качестве проецирующих поверхностей 1, 2 и противолежащие им грани. Результат разбиения показан на рис. 5.60.
Рис. 5.60. Возможное решение примера 3
Пример 4. Построение структурной конечно-элементной сетки на шаре.
Построить структурную сетку на шаре без проведения декомпозиции нельзя. Существует несколько способов его декомпозиции, для нанесения структурной сетки. В качестве примера ниже приведены 2 варианта (рис. 5.61, 5.62).
Вариант 1. С помощью трех взаимно перпендикулярных поверхностей шар делится на 8 частей. Затем каждый из секторов разбивается сеткой по схеме Tet-primitive (рис. 5.61).
Вариант 2. Строится цилиндр, ось вращения которого проходит через центр шара. С помощью его боковой поверхности шар делится на две части: общего объема шара и цилиндра и объема, получающегося в результате вычитания из шара цилиндра. Второй объем делится пополам плоскостью проходящей через ось цилиндра. Полученные три объема могут быть разбиты по схеме Cooper, как это показано на рис. 5.62.
Рис. 5.62. Второй вариант нанесения структурной сетки на шар
6. Описание граничных условий в программе Gambit
Как отмечалось в главе 2, в программе Gambit осуществляется предварительное указание линий и поверхностей расчетной области, к которым в дальнейшем будут приложены граничные условия. Численные значения граничных условий задаются в программе Fluent. Поверхности и линии, ограничивающие расчетную область которые не будут указаны как граничные, по умолчанию считаются стенками, и к ним применяется соответствующее граничное условие. Указанный в программе Gambit тип граничного условия в случае ошибок или изменения стратегии решения можно поменять в программе Fluent.
Задание граничных условий осуществляется в меню Zones (рис. 6.1). Как видно оно состоит всего из двух команд:
- Specify Boundary Types
- установка типа граничного условия на границах;
- Specify Continuum Types - описание областей течения.
Меню задания граничных условий показано на рис. 6.2.
Граничное условие может быть установлено на линии или поверхности. Геометрические объекты, на которых предполагается его установить, выбирается в поле Entity (1 на рис. 6.2). Может быть выбрано любое количество элементов, при этом все они появятся в списке в нижней части поля Entity. Если ошибочно был выбран неверный элемент, его можно удалить, нажав кнопку Remove.
В поле Action (2 на рис. 6.2) выбирается действие с граничным условием. Всего возможно четыре действия:
- Add – добавление граничного условия;
- Modify – редактирование существующего граничного условия;
- Delete – удаление граничного условия;
- Delete all - удаление всех граничных условий.
Тип граничного условия выбирается в списке Type (4 на рис. 6.2). Содержание списка зависит от расчетной программы, которая была выбрана в меню Solver. Для программного комплекса Fluent 5/6 в списке содержится порядка 20 граничных условий. Часть из них носит узкоспециализированный характер и применяется редко. В инженерных задачах наиболее употребимы следующие граничные условия:
- Pressure inlet – полное давление и температура на входе в расчетную область;
- Velocity inlet – вектор скорости и температура на входе в расчетную область;
- Mass flow inlet – мысовый расход и полная температура потока на входе в расчетную область;
- Pressure outlet – статическое давление на выходе;
- Outflow – граничное условие, показывающее какая доля расхода выходит через данную границу.
- Wall – стенка;
- Periodic – периодическое граничное условие;
- Symmetry – граничное условие симметрии;
- Axis – ось для осесимметричных задач;
- Pressure far field – постоянное давление и направление потока на удалении от объекта (применяется для решения задач внешнего обтекания).
В графе Name (4 на рис. 6.2) можно задать наименование граничного условия латинскими буквами. Если поле оставить пустым, то имя будет назначено автоматически и будет отображать тип граничного условия.
В меню Specify Boundary Types находятся две опции:
- Show labels (5 на рис. 6.2) – показывает названия созданных граничных условий в окне построения;
- Show colors (6 на рис. 6.2) – выделяет созданные граничные условия цветом.
Выбранные настройки границ повреждаются нажатием кнопки «Apply».
В результате выполнения команды в списке в верхней части меню появится название созданного граничного условия, а в области построения оно будет выделено цветом и высветится его имя (если активны опции Show labels и Show colors).
Примечание: Для задания периодического граничного условия обязательно необходимо, чтобы периодические границы имели связанную конечно-элементную сетку.
Команда описания областей течения Specify Continuum Types используется для выделения областей, свойства которых сильно отличаются от свойств другой части расчетной области, например при решении задач сопряженного теплообмена или наличия в модели подвижных элементов.
При рассмотрении сопряженного теплообмена расчетная область содержит область потока и обтекаемое тело. В этом случае одна область течения - это поток (жидкость или газ), другая – твердое тело. При рассмотрении задач с подвижными элементами область потока выделяет часть расчетной зоны вокруг объекта движущегося с определенной скоростью.
Меню описания областей течения Specify Continuum Types по внешнему виду практически не отличается от меню задания граничных условий показано на рис. 6.2. Отличие заключается в том, что областью течения может быть поверхность или объем, а в поле Type доступны только два типа областей: Solid (твердое тело) и Fluid (жидкость или газ).
В случае, когда течение в расчетной области не содержит областей с сильно отличающимися свойствами, настройки в меню Specify Continuum Types можно не проводить. В этом случае вся расчетная область будет рассматриваться как жидкость или газ (Fluid).
7. Импорт и экспорт геометрии и расчетных сеток из CAD/CAE программ
7.1. Импорт геометрии и расчетных моделей в программу Gambit
Построение геометрии расчетной области и наложение на нее конечноэлементной сетки можно проводить двумя путями: строить их непосредственно в программе Gambit или импортировать из других CAD/CAE программ. Необходимость импортирования геометрии может быть продиктована невозможностью или трудностью построения сложных моделей в программе Gambit, возможности которого ограничены по сравнению с CAD программами. Кроме того, достаточно часто возникает необходимость рассчитать обтекание объекта, 3d модель которого была создана ранее в CAD пакете. В этом случае целесообразнее импортировать объект, чем строить его заново. С другой стороны создание модели от начала и до конца в Gambit позволяет избавится от многих проблем, связанных с недочетами и допусками в импортированных моделях.
В конечном итоге решение, где строить расчетную модель, в Gambit или в других программах принимает расчетчик в зависимости от своих возможностей, предпочтений, требуемого времени, наличия задела работ по модели и других факторов.
В Gambit могут быть импортированы следующие форматы файлов геометрических моделей:
1. ACIS (расширение *.sat) – бесплатный универсальный формат, версии R8...R15. Предпочтителен для обмена моделями между разными CAD-системами.
2. IGES (*.igs; *.iges) – один из первых универсальных векторных форматов. Он широко распространен и поддерживается всеми CAD программами, однако геометрия импортированная в этом формате имеет много несовпадений и элементов с совпадающими координатами. После импортирования таких моделей приходится проводить сшивание поверхностей и перестройку отдельных элементов. Тем не менее, этот формат активно применяется, т.к. он является единственным, который может импортировать двухмерную геометрию.
3. STL (*.stl) – формат, используемый для передачи информации для станков с ЧПУ и стереолитографии.
4. STEP (*.stp) – векторный формат для передачи 3d -моделей.
5. Parasolid (модели в текстовой *.x_t и бинарной записи *.x_b + параметрический файл *.sub) – формат передачи 3d моделей. Этот формат импортируется в Gambit с минимальными потерями, по этому его следует использовать в случае, когда формат ACIS недоступен.
6. CATIA 4, 5 (*.model; *.CATpart) – форматы геометрии используемые в программах CATIA.
Кроме перечисленных выше форматов передачи геометрии в программу Gambit можно импортировать параметрические (сеточные) модели из некоторых САЕ - программ:
1. Fluent 5, 6 (*.msh);
2. Ansys (архивная модель с расширением *.cdb + *.iges).
Чтение импортируемой геометрии и сеток осуществляется в меню File ® Import. В качестве иллюстрации на рис. 7.1 показано меню импортирования геометрии в формате ACIS. Работа с ним сложностей не представляет.
В этом меню в поле File Name выбирается файл с загружаемой геометрией. В поле Import Options выбирается тип ACIS файла, в котором записана модель: текстовый или бинарный.
Рис. 7.1. Меню импортирования геометрии в формате ACIS
Аналогичным образом осуществляется работа с IGES моделями. Меню импортирования моделей в этом формате показано на рис. 7.2. Хотя в этом меню гораздо больше настроек, работа с ним аналогична работе меню импорта моделей в формате ACIS. В большинстве случаев использования дополнительных настроек не требуется. Единственное, необходимо активировать опцию Native/Spatial в средней части меню. Это приведет к тому, что дуги и сплайны, содержащиеся в импортируемой геометрии будут загружены. В противном случае они будут проигнорированы.
Поскольку разные форматы используют различные уравнения и способы описания геометрии, то импортированная геометрия достаточно часто содержит совпадающие элементы, или другие дефекты. Особенно много их встречается при импорте IGES моделей. Поэтому после загрузки файлов обмена рекомендуется с помощью команды Connect (см. п. 4.5) последовательно объединить совпадающие точки, линии и поверхности. Это заметно упростит дальнейшие действия с расчетной областью.
Объединить совпадающие элементы можно задаваясь величиной точностью модели (Tolerance), которая измеряется в долях единицы длинны. Эта величина показывает, что объекты, находящиеся друг относительно друга ближе, чем задано будут считаться совпадающими. Это позволяет удалить лишние объекты и нестыковки уже на этапе загрузки.
Дата публикования: 2015-02-20; Прочитано: 909 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!