3.3.2 網(wǎng)格及流場計(jì)算

    本算例從隔離段開始計(jì)算，對燃燒室進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)約為660萬。壁面處網(wǎng)格高度為5.0X10.5m，增長率為1.1，這使得y+值小于50。另外，對氫氣射流出口附近的網(wǎng)格進(jìn)行了加密，以此來捕捉這一區(qū)域復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和流動特性。

    算例噴流邊界條件如表所示，來流湍流強(qiáng)度設(shè)為2%，而湍流粘度比則設(shè)為200。氫氣入口的湍流條件設(shè)置是湍流強(qiáng)度設(shè)為5%，而湍流粘度比則為10。壁面簡化為恒溫?zé)o滑移邊界條件，前半部分表面溫度設(shè)為475K，后半部分表面溫度則為700K。

    由圖19和圖20可見，CFD計(jì)算結(jié)果捕捉到實(shí)驗(yàn)中的整體現(xiàn)象，譬如點(diǎn)火位置在氫氣射流入口下游，燃料和氧氣的消耗情況，以及燃燒室的溫度和壓力變化范圍。另外，cro對壓力，溫度和氣體各組分的模擬整體上符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在局部數(shù)據(jù)方面，出口壓力小于實(shí)驗(yàn)約15%，點(diǎn)火位置比實(shí)驗(yàn)更靠近上游，火焰軸向穿透深度更長。與算例AIAA2005-4424相比，下游壁面壓力有所提高，更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而點(diǎn)火位置和火焰穿透深度的計(jì)算結(jié)果都很接近。

    3.4 機(jī)翼跨音速顫振算例

    AGARDWing445.6顫振風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是由NASALangley在跨首速動態(tài)風(fēng)洞(TDT)中完成的。為了檢驗(yàn)跨音速機(jī)翼的顫振特性，設(shè)計(jì)了一系列標(biāo)準(zhǔn)彈性機(jī)翼的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，已?jīng)成為國際上跨音速氣動彈性程序考核的標(biāo)準(zhǔn)算例。

    3.4.1 計(jì)算條件

    該模型機(jī)翼平面特征參數(shù)為：展弦比=1.6440,梢根比=0.6592，四分之一弦線機(jī)翼后掠角為45°。顫振分析主要取前四階模態(tài)，即一階彎曲，一階扭轉(zhuǎn)和二階彎曲，二階扭轉(zhuǎn)，具體見圖21所示。

    圖21 AGARDWing445.6的模態(tài)形狀

    3.4.2 計(jì)算結(jié)果分析

    圖22、圖23給出了FSILab軟件計(jì)算的顫振邊界與公開發(fā)表文獻(xiàn)中其他軟件的對比結(jié)果。

    為與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，設(shè)置6個自由來流馬赫數(shù)下的顫振速度，包括0.499,0.678,0.901，0.96，1.072和1.141。

    由圖22可知本軟件計(jì)算的顫振速度與實(shí)驗(yàn)值比較接近，誤差較小。由圖23可知本軟件計(jì)算的顫振頻率與結(jié)果也吻合較好，只有在1.141Ma處，顫振頻率比800萬節(jié)點(diǎn)（Fun3d_NS_F)的Fun3d計(jì)算結(jié)果略差，但仍比400萬節(jié)點(diǎn)（Fun3d_NS_B)的Fim3d計(jì)算結(jié)果好，但本次計(jì)算采用的網(wǎng)格為67萬節(jié)點(diǎn)的六面體網(wǎng)格，單機(jī)四核計(jì)算每個氣彈工況約三小時，因此在計(jì)算速度高，且對計(jì)算資源需求較小，綜合計(jì)算效率較高。

    3.5 簡化翼型-Bladedesign軟件分析

    圖24 簡化機(jī)翼截面圖

    模型分為外部蒙皮和內(nèi)部加強(qiáng)梁兩部分。蒙皮采用NACA1408翼型，弦長0.2m，兩根加強(qiáng)梁在距離前緣20%和30%的長度處。蒙皮和加強(qiáng)梁均等分為10層，每層厚度為0.3mm。簡化機(jī)翼長4m。簡化機(jī)翼一端固定，另一端在截面和XI軸交點(diǎn)處受力，大小為100N，方向沿Y軸正向。模型使用正交材料，相鄰層按45°/-45°正交鋪設(shè)。

    由圖25可見Bladedesign軟件計(jì)算結(jié)果與其他相關(guān)軟件計(jì)算結(jié)果完全吻合，但本軟件計(jì)算效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他同類軟件。

  3.6 三維桁架有限元分析算例

    分析高壓輸電塔頂部受動載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)，分別得到在靜載下的位移變形，輸電塔的模態(tài)，以及動載作用下的瞬態(tài)結(jié)果，網(wǎng)格采用一維桿單元劃分。

    輸電塔簡化為三維桁架，模型如圖26所示，四個角點(diǎn)固支，桁架上方的節(jié)點(diǎn)1和2受變載荷Fx=50000sin(250*360*t)，桿的彈性模量為E=l.OellPa，泊松比v=0.3，密度為2700kg/m3，截面積4.9cm2。

    圖26 三維桁架模型

    3.6.1 計(jì)算結(jié)果

    靜載、模態(tài)和瞬態(tài)分析結(jié)果如下：

    靜載位移云圖如圖27所示：（Fx=50000N靜載)

    圖27 三維桁架位移云圖

    瞬態(tài)分析結(jié)果如圖28至圖29所示：（動載荷Fx=50000sin(250*360*t))

    圖28 X方向位移時間變化圖(1號節(jié)點(diǎn))

    圖29 Z方向位移時間變化圖(1號節(jié)點(diǎn))

    由上圖可見FEMLab用于精態(tài)和瞬態(tài)分析，計(jì)算結(jié)果與同類型軟件有相同的計(jì)算精度。

    3.7 MPM2D-二維裂紋引起應(yīng)力集中算例

    (1)問題描述

    一端固定的2D物體塊在另一端受均勻分布的拉力，物體塊中有一個豎直方向的裂紋。應(yīng)用MPM方法求解裂紋引起的應(yīng)力集中問題。

    (2)查看計(jì)算結(jié)果

    在不同時刻，描述應(yīng)力波在桿中的傳遞過程，如圖31所示。

    (3)評價(jià)

    本算例介紹了當(dāng)物體內(nèi)存在裂紋時，由于裂紋的影響而產(chǎn)生的應(yīng)力集中問題。從計(jì)算結(jié)果可以看出，MPM固體求解器能夠正確反映應(yīng)力集中的形成過程及現(xiàn)象。

    4 結(jié)論

    總而言之，所有測試算例的結(jié)果同實(shí)驗(yàn)或其他計(jì)算結(jié)果相一致。表明:ADI.SimWark軟件分析系統(tǒng)與當(dāng)前其它基于FVM和FEM的最新CAE軟件有一定的優(yōu)勢，對不同航天飛行器、高速列車和汽車的建模、仿真、評估和設(shè)計(jì)都是很有實(shí)際意義的。ADI.SimWork中的CFD與CSD耦合求解器能夠精確計(jì)算預(yù)測非線性FSI/氣彈性問題；另外，粒子方法可用于分析和處理復(fù)雜的非線性結(jié)構(gòu)問題。ADI.Sim-Work的綜合能力，將開啟復(fù)雜真實(shí)工程問題仿真的新篇章。