مدل‌سازی FSI در یک بالون آبی با کامسول

مدل‌سازی FSI در یک بالون آبی با کامسول فیزیک پشت پر کردن یک بادکنک آبی در نگاه اول ساده به نظر می رسد، اما شامل یک تعامل نسبتاً پیچیده از جریان سیال و یک ماده غیرخطی هایپرالاستیک است. خوشبختانه راه اندازی و حل این نوع مدل در نرم افزار آسان است.
تنظیم مدل برای FSI در بالون آبی برای ساده نگه داشتن مدل و استفاده از تقارن یک بالون، می‌توانیم یک هندسه متقارن محوری دو بعدی بسازیم که فقط از یک مستطیل و یک بیضی تشکیل شده است، همراه با نسخه‌های دوتایی کمی بزرگ‌تر برای محاسبه لاستیک. بالون 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 می‌مانند.

آموزش کامسول FSI در یک بالون آبی با کامسول

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، می توانیم هندسه را پارامتر کرده و از a استفاده کنیم
ضریب مقیاس برای تغییر اندازه اولیه بالون، در حالی که ضخامت مواد و شعاع گردن ثابت می ماند.

هندسه دو بادکنک آب خالی شده در اندازه های مختلف. اندازه توسط عامل کشش  کنترل می شود.

مدل بالون آب از ویژگی‌های جدیدی در نسخه 5.3a  استفاده می‌کند، از جمله عملکرد بهبود یافته برهمکنش سیال-ساختار (FSI) و یک شبکه متحرک مجدداً تراز شده.

  Moving Mesh

در نسخه 5.3a، FSI از طریق یک گره Multiphysics مدل شده است. 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 تعاملی سیال-ساختار جداگانه وجود داشت، اکنون می‌توانیم از همه ویژگی‌های موجود از فیزیک جفت‌شده دو طرفه استفاده کنیم.

آموزش comsol مش متحرک پس از افزودن فیزیک FSI

در این مثال، به راحتی می توان 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.
پارامترهای مدل مواد اگدن هایپرالاستیک مورد استفاده برای بالون.
یکی دیگر از بهبودهای نسخه 5.3a، موقعیت جدید رابط Moving Mesh است. 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 از این محور به دلیل دور شدن از این محور. عدم دقت عددی).

پر کردن بالون با آب: نتایج شبیه سازی

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 به سرعت ورودی 15 سانتی متر بر ثانیه ضرب می شود و جریانی در حدود 1.4 لیتر در دقیقه ایجاد می کند.
هندسه دو بادکنک آب خالی شده در اندازه های مختلف. اندازه توسط عامل کشش کنترل می شود: واقعیت = 1 (چپ) و واقعیت = 2 (راست).

مدل بالون آب از ویژگی‌های جدیدی در نسخه 5.3a استفاده می‌کند، از جمله عملکرد بهبود یافته تعامل ساختار سیال (FSI) و یک شبکه متحرک مجدداً تراز شده.

سرعت ورودی آب از طریق یک تابع مستطیل کنترل می شود.

مدل سازی مواد ناهمسانگرد در کامسول

ما می‌توانیم یک مطالعه جاروی پارامتریک برای مقایسه نتایج شبیه‌سازی برای سه اندازه مختلف بالن انجام دهیم. 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 کوچکترین سطح و بزرگترین حجم نسبی را دارد.