انجام پروژه FSI کامسول (comsol)
انجام پروژه FSI کامسول (comsol)
راه اندازی مدل برای FSI در یک بالون آبی
برای ساده نگه داشتن مدل و استفاده از تقارن یک بالون، میتوانیم یک هندسه متقارن محوری دوبعدی بسازیم که فقط از یک مستطیل و یک بیضی تشکیل شده است، همراه با نسخههای دوتایی کمی بزرگتر برای محاسبه بالون لاستیکی. هدف ما این است که ببینیم اگر همان مقدار آب را داخل بادکنک های با اندازه های مختلف بگذاریم چه اتفاقی می افتد. برای انجام این کار، میتوانیم هندسه را پارامتر کنیم و از یک ضریب مقیاس برای تغییر اندازه اولیه بالون استفاده کنیم، در حالی که ضخامت مواد و شعاع گردن ثابت میماند. هندسه دو بادکنک آب خالی شده با اندازههای مختلف. اندازه توسط عامل کشش کنترل می شود: واقعیت = 1 (چپ) و واقعیت = 2 (راست).
مدل بالون آب از ویژگیهای جدیدی استفاده میکند، از جمله عملکرد بهبود یافته برهمکنش سیال-ساختار (FSI) و یک شبکه متحرک مجدداً تراز شده.
آموزش کامسول FSI و Moving Mesh نسخه 5.3a، FSI از طریق یک گره Multiphysics مدلسازی میشود. گره فیزیک را از رابط های مکانیک سیالات و مکانیک سازه به هم متصل می کند. برخلاف نسخههای قبلی نرمافزار، که در آن یک رابط تعامل سیال-ساختار جداگانه وجود داشت، اکنون میتوانیم از همه ویژگیهای موجود از فیزیک جفتشده دو طرفه استفاده کنیم. در این مثال، به راحتی میتوان گرانش را در نظر گرفت. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که یک علامت در تنظیمات رابط Laminar Flow قرار دهیم. این امر گرانش زمین را فعال می کند که به نوبه خود بر رفتار مکانیکی ناشی از فشار هیدرواستاتیکی در آب تأثیر می گذارد. ما می توانیم انتظار داشته باشیم که اثر گرانش قابل توجهی بر نتایج باشد و این اثر در بالون آبی بزرگتر قابل توجه تر خواهد بود، زیرا در ابتدا جرم بیشتری وجود دارد.
در بخش مکانیکی، تنظیمات فیزیک نیز می توانند به سرعت تنظیم شوند. ما فقط باید یک مدل مواد مناسب تعریف کنیم که خواص هایپرالاستیک مواد بالون را به درستی توصیف کند. در کتابخانه کاربردی، مدل بادکنک لاستیکی کروی حاوی انواع مواد هایپرالاستیک است. ما میتوانیم در اینجا از مدل اوگدن استفاده کنیم، زیرا راهحل تحلیلی را با بیشترین دقت بازتولید میکند. موقعیت یابی جدید رابط مش متحرک. اکنون در جایگاه برجستهتری در زیر تعاریف یافت میشود. یکی از مزایای ساختار جدید این است که به جلوگیری از همپوشانی تصادفی بین نواحی تغییر شکلدهنده و بدون تغییر شکل کمک میکند. برای مدل بالون آبی، این بهبود به این معنی است که ما فقط دو کار برای مش داریم: انتخاب آب داخلی بالون به عنوان یک دامنه تغییر شکل و اضافه کردن یک جابجایی مش معمولی تجویز شده در محور تقارن (برای جلوگیری از حرکت ناخواسته به دلیل دور شدن از این محور به دلیل عدم دقت عددی)
توزیع تنش فون میزس در مواد بالون پس از باد کردن برای سه اندازه اولیه مختلف. (توجه: این نمودارها با جدول رنگی سیویدیس ایجاد شده اند، جدول رنگی که بهینه شده است
پر کردن بالون آب: نتایج شبیه سازی و آموزش comsol آخرین مرحله قبل از حل مدل بالون آب، تنظیم زمان بندی جریان آب است. روشن و خاموش کردن سریع شیر با مدت زمان مشخصی در بین آن را می توان با یک تابع مستطیل بیان کرد. این تابع در سرعت ورودی 15 سانتیمتر بر ثانیه ضرب میشود و جریانی در حدود 1.4 لیتر در دقیقه ایجاد میکند. هر سه بالون با یک مقدار آب پر می شوند زیرا سرعت ورودی و دوره زمانی پر شدن یکسان است. تا حد زیادی، بزرگترین استرس در کوچکترین بادکنک رخ می دهد. این همان طور است که انتظار می رود، زیرا بالون کوچک دارای کمترین سطح و بیشترین افزایش حجم نسبی است. مقاله تعریف معادلات در کامسول (comsol) را به دوستان خود معرفی کنید.
این نتایج به برخی از انیمیشن ها نیاز دارند! اگر نگاهی به رفتار انتقالی تورم بیندازیم، به وضوح تأثیر گرانش را بر بزرگترین بالون می بینیم، زیرا قبل از شروع تزریق آب نوسان می کند. هیچ پیش تنیدگی در بالون وجود ندارد، بنابراین کمی شروع به سقوط می کند تا زمانی که نیروی متضاد ماده به اندازه کافی بزرگ شود تا گرانش را جبران کند.
نظرات پایانی در مورد برهمکنش سیال-ساختار در یک بالون آبی
عملکرد FSI شامل پیشرفت های مفیدی است و نسبت به نسخه های نرم افزار قبلی کاربر پسندتر است. با تلاش بسیار کمی، می توان یک مدل پیچیده FSI را راه اندازی کرد و آن را در مدت زمان کوتاهی حل کرد.
