基于ABAQUS-CEL技术的水轮分析

传统有限元的拉格朗日分析（Lagrangian analysis），材料属性与网格节点相关联，材料伴随着网格 变形而发生形变，当解决极端变形的情况时，会由于单元的变形扭曲而失去原有的精度。

欧拉分析（Eulerian analysis）方法，其网格节点空间固定，材料不随单元变形而是在单元间流动，可有效地解决极端变形以及包含流体流动的问题，所以诸如液体晃动、气体流动、穿透问题等均可通过欧拉分析有效处理。

欧拉分析虽然可有效处 理流体流动分析，但在捕捉结构流固交界面上存在一定困难。 此时，可应用耦合欧拉-拉格朗日分析（CEL）功能进行求解。

本案例模拟水箱中水轮叶片转动带动水运动的过程，采用显示动力学CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）方法进行流—固耦合分析。

有限元建模主要过程：

1. Part和Assembly模块

建立以下三个Part，并对三个Part实例进行装配。

reference：3D- Deformable-Solid类型

shuilun：3D- Deformable-Shell类型

water：3D-Eulerian类型

2. Property模块

创建两种材料steel和water，分别赋予shuilun（截面类型为Shell，Homogeneous）和water（截面类型为Eulerian）部件。其中，水介质流动视为近似不可压缩的、粘性层流流动。采用线性Us -Up Hugoniot形式的Mie-Grüneisen状态方程描述水介质的体积响应。

 

3. Mesh模块

分别对三个Part进行网格划分，网格尺寸均设为1.5mm，单元类型如下：

reference：Explicit，C3D8R类型

shuilun：Explicit，S4R类型

water：Explicit，EC3D8R类型

 4. Step模块

（1）建立Dynamic, Explicit分析步，时间为0.1；

（2）确认场输出变量中，选择了EVF。

 5. Interaction模块

（1）在水轮中心建立参考点RP-1，并将参考点与水轮所有单元建刚体耦合约束；

（2）建立General contact，选择All* with self，建立并分配接触属性。

 6. Load模块

（1）从initial分析步开始，对water部件实例建立如下约束：

与Z轴垂直的前、后表面限制V3=0，与Y轴垂直的上、下表面限制V2=0，与X轴垂直的左、右表面限制V1=0；

（2）在Step-1分析步设置水轮中心参考点的VR3=-100，其余均设置为0；

（3）选择ToolsàDiscrete FieldàVolume Fraction Tool：

选择Eulerian part instance为water部件à选择reference part instance为reference部件，在弹出的Volume Fraction Tool对话框中接受默认设置，建立离散场DiscField-1；

（4）选择Create Predefined Fieldàinitial, other, Material assignment：

选择Eulerian part instance为water部件，在弹出的Edit Predefined Field对话框中选择Definition：Discrete fields，并将第（3）步建立离散场DiscField-1作为材料域。

7. 建立Job，并提交计算。 

以下为案例的模型文件（inp文件），因格式限制，将后缀inp改为了txt。