TCFD軟體全面升級為TCAE,支持流固耦合仿真計算

2021-01-14 風機技術


TCFD軟體現已全面升級為TCAE軟體，升級後軟體包括TMESH、TCFD、TFEA等功能模塊，在同一個軟體界面中可以快速便捷的進行網格劃分、流體仿真計算、結構強度仿真計算、流固耦合仿真計算及後處理等工作，能夠大幅提升仿真分析工作效率。


下面將對採用TCAE進行的懸臂球體流固耦合計算案例進行介紹。




本文採用TCAE軟體對懸臂梁上球體在氣流作用下的變形情況進行了流固耦合仿真分析。球體及梁模型如下圖所示：



模型中將直徑D = 30 cm的球體緊密固定在長L = 1m、直徑D = 1 cm的梁(圓柱形杆)上，梁和球體的材料均為鋼，該模型處於速度U=30米/秒的氣流中。氣流作用在梁-球系統上，梁發生彎曲。TCAE軟體將分析確定梁的變形(梁的自由端，球固定處的位移)，並得到應力分布情況。


基本參數如下：



將Beam-ball模型文件導入TCAE軟體中，進行網格劃分及流固耦合仿真計算。所有的網格劃分及仿真設置均在TCAE圖形界面中完成。TCAE模擬工作流程是完全自動化的，在設置完網格參數、流體邊界及結構模型約束、材料屬性等條件後，可以一鍵啟動全部仿真計算，並生成相應分析報告。

TCAE由不同的軟體模塊組成。數值模擬順序如下：模型→CFD網格→FEA網格→CFD模擬→FSI→FEA模擬→報告。軟體中TMESH模塊創建適用於CFD和FEA的網格從而為仿真做準備。TCFD模塊運行CFD模擬並輸出CFD結果報告。TFEA模塊進行FSI轉換，運行FEA模擬，並輸出FEA結果報告。由於模型為對稱模型，仿真中採用一半模型進行計算。


在軟體TMESH模塊中創建了CFD的計算網格。流體域模型採用笛卡爾網格作為初始背景網格，並根據模型進行貼體細化處理，並添加邊界層網格，最終流體域共生成了489,620個網格。













進行網尺寸、流體仿真及結構仿真條件設置後，可以一鍵啟動全部計算，軟體將自動進行流體域、固體域網格劃分，流體仿真計算，數據轉換，結構仿真計算，結果處理及報告生成等工作。


該Beam-Ball問題能夠根據力學方程得到解析解，理論結果和TCAE數值解的對比如下表所示：



理論解TCAE數值結果最大變形[mm]26.60
27.75最大應力[MPa]83.78 92.48

其中最大變形相差大約5％，最大應力相差約10％，具有較高的仿真精度，符合預期效果。

下圖顯示了變形的梁應力大小和位移大小（其中變形放大十倍，以更好地顯示變形效果）。

可以看到通過TCAE進行流固耦合仿真分析，具有較高的分析精度，同時計算設置簡單便捷，軟體能夠自動進行流體及結構仿真數據關聯，降低流固耦合仿真應用門檻，提高仿真工作效率。

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-The end-


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