SOLIDWORKS Simulation：耦合流动分析和结构分析的力量

文章来源：SOLIDWORKS代理商-卓盛信息

SOLIDWORKS Flow Simulation 是 SOLIDWORKS 分析产品之一，允许使用有限体积法计算流动，包括外部空气动力学。它是一种先进的数值工具，可让您将许多现象的复杂物理现象传输到计算机屏幕上熟悉的 SOLIDWORKS 软件界面中。它是完全关联的，在整个设计过程的背景下，可以加快团队后续的迭代速度，并确保快速、最佳地完成任务。购买SOLIDWORKS

结合计算能力

半开玩笑地说：SOLIDWORKS Flow Simulation 和 SOLIDWORKS Simulation 之间的“共生”使您能够面对各行业工程师所面临的极其复杂的问题。旗舰示例可能是确定未知的对流系数、根据先前导入的温度场执行热应力分析的能力，或者如本例所示，基于通过分析外部空气动力学获得的压力分布进行结构分析。

轻木胶合板制成的造型翼

建模通常被认为是一种“精英”爱好。最有可能的是，这种公众舆论的原因之一是建模者可能因设计开发不当和飞机持续坠毁而产生的潜在成本。在讨论的问题中，软件的功能将以轻木胶合板制成的建模机翼为例进行介绍，其结构如下图所示：

图1机翼结构组成

木门扇通常覆盖有织物。由于难以获得有关画布强度的数据，出于本分析的目的，它们被替换为硬铝护套（忽略这种结构的可行性）。为了防止气流进入机翼，以简化的方式对尖端封闭进行建模。该分析的目的是提出一种验证翼梁应力（这些是传递弯曲的部件）和验证翼尖位移的方法。SOLIDWORKS官网

作用在机翼上的空气动力分析

通过使流动模拟用户能够在研究创建阶段（“向导”窗口）按顺序输入有关研究的信息，分析师可以构建一个默认数据库，从而加快计算过程。由于船舶移动的介质是空气，因此将其添加为研究中使用的流体。已选择外部分析和省略内部体积的选项。热力学参数保留默认值，X 分量在速度设置中设置为 40 m/s。它对应的速度略低于塞斯纳 150 的巡航速度。

图2随速度设置的剖面攻角演示

定义研究之后，所谓的 “计算目的”。如果我们要定义它们，我们可以说它们是虚拟传感器（例如热电偶、测力计、速度计等）。在所讨论的示例中，决定添加停滞压力、温度、速度及其各个分量以及空气动力形式的全局计算目标。

转向网格，机翼周围的流动问题在物理上很复杂。由于介质的粘度，机翼周围流动的空气在紧邻轮廓的薄层中从40 m/s 的速度停止到零。该层称为“边界层”，在将离散网格应用于模型时提出了一定的挑战。在此区域中，网格必须满足基于 y+ 参数的质量要求，该参数是运动粘度、剪切速率和距轮廓距离的函数。由于该出版物的目的是展示程序的功能，因此决定仅在边界层区域进行表面细化网格。正版SOLIDWORKS

图3离散化网格

运行模拟后，借助Flow Simulation 直观的显示功能，您可以看到结果范围。我们可以查看给定横截面、给定表面的结果，创建等值线图、动画流线、与计算目的相关的图表、体积参数、表面参数等。例如，下面的照片显示了机翼横截面之一的停滞压力分布以及从前缘看到的流线。机翼边缘出现的涡流清晰可见，这是上下表面压力梯度的结果。这种效应称为“机翼涡流”。

图4机翼截面驻点压力图

图5机翼涡流

完成任务的主要部分后，我们可以继续将结果从流动模拟导出到模拟模块。我们可以在“工具”>“流动模拟”>“工具”>“将结果导出到模拟”选项卡中执行此操作。下一步，将进行结构（线性静态）分析以验证机翼设计。线性静态分析的选择取决于检查飞行稳态的愿望。如果我们想考虑攻角的突然变化，则必须进行动态测试（动态加载情况下的应力根据结构双倍阻尼系数的倒数相乘 - 在实践中，结构的压力甚至可能增加十倍！）。

图6将结果导出至仿真

创建新的模拟算例后，首先，要恢复空气动力学分析的结果，您必须输入算例属性并将其导入。这将在与所考虑的航空箱相对应的结构上施加载荷。剩下的就是定义连接（粘合关系用于所考虑的模拟目的）和紧固件。配件通常安装在大梁的端部- 对于单回路门扇，前梁和中梁最常用于此目的。该配件与销配合，可快速组装和拆卸。配对配件上的反作用力以垂直于销轴方向的力的形式出现，因此应通过消除适当的平移自由度来对它们的存在进行建模。为了简单起见，并且由于缺乏有关销钉方向的信息，对梁的端壁进行了限制。这是一个可接受的解决方案，前提是固定墙是距离配件足够远的梁的心理横截面。分配边界条件后，您需要创建网格并运行模拟。江苏SOLIDWORKS

图7静态测试的特性

图8梁墙约束

梁受力最大的横截面之一的应力小于14 MPa。由于不切实际的（数值）应力集中，在距夹具一定距离处使用探测工具。考虑到轻木胶合板能够传递高达 20 MPa 的应力，我们得到的值要低得多。然而，由于离散化网格的质量较差，应在感兴趣的地方使用局部控制在细粒度网格上重复测试，或者应进行自适应测试。翼尖位移小于20厘米，符合建模结构中使用的类似机翼的实际操作。SOLIDWORKS价格

图9梁内应力值

图10位移图

一如以往，谢谢阅读，快乐阳光！——SOLIDWORKS代理商（SOLIDWORKS 2024）