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[聯(lián)合仿真]Abaqus-XFlow汽車輪胎水滑分析

2018-11-02 13:53:44·  來源：CAETube講堂  作者：江丙云  
　
00為什么要進(jìn)行水滑分析？來自統(tǒng)計(jì)大約每年12%的事故是由于濕滑路面造車，對(duì)于輪胎胎面的設(shè)計(jì)，物理測(cè)試需要大量的時(shí)間和成本，需要借助于有限元仿真作提前預(yù)測(cè)
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為什么要進(jìn)行水滑分析？
來自統(tǒng)計(jì)大約每年12%的事故是由于濕滑路面造車，對(duì)于輪胎胎面的設(shè)計(jì)，物理測(cè)試需要大量的時(shí)間和成本，需要借助于有限元仿真作提前預(yù)測(cè)和評(píng)估，能夠降低成本、時(shí)間，并提升創(chuàng)新能力。
 
 
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為什么Abaqus-XFlow聯(lián)合仿真？
精度：XFlow是一種高保真的CFD軟件，其能夠使用真實(shí)的幾何而無需簡(jiǎn)化處理。
功能：Abaqus-XFlow聯(lián)合能夠無縫銜接求解固體和流體場(chǎng)，特別是直接緊耦合，無論是單向耦合還是雙向。
可用性：XFlow中非常容易設(shè)置流體分析模型，全中文界面，邏輯清晰。Abaqus-XFlow之間的數(shù)據(jù)傳遞功能完善，無需采用第三方MPCCI接口軟件。
02
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XFlow介紹
XFlow是一款強(qiáng)大的軟件，使用具有專利的基于粒子、完整拉格朗日函數(shù)，能夠在工程、設(shè)計(jì)、科學(xué)和建筑領(lǐng)域簡(jiǎn)單的處理傳統(tǒng)的復(fù)雜計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）問題。XFlow具有仿真模擬氣體和液體流動(dòng)、熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移、移動(dòng)體、多相物理學(xué)、聲學(xué)和流體結(jié)構(gòu)作用的能力。
- 無網(wǎng)格方法
XFlow中的無網(wǎng)絡(luò)方法是基于粒子和具有完整拉格朗日函數(shù)的方法，這意味著將不再需要對(duì)經(jīng)典的流體區(qū)域劃分網(wǎng)格，同時(shí)表面復(fù)雜性不再是一種限制因素。XFlow能夠解決運(yùn)動(dòng)的物體和可變形部分，能夠適應(yīng)低質(zhì)量的輸入幾何。
-  基于粒子動(dòng)力式解算器
XFlow以一種全新的、基于粒子的動(dòng)力算法為特征，對(duì)波爾茲曼方程和可壓縮的納維－斯托克斯方程進(jìn)行求解。該解算器的特點(diǎn)是具有現(xiàn)代化的大渦模擬（LES）建模能力，以及具有高級(jí)非平衡隔離型模型。
-  高級(jí)建模能力
XFlow能夠處理大規(guī)模復(fù)雜模型，并且結(jié)合移動(dòng)部分、強(qiáng)制或關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)或接觸建模過程，極大地簡(jiǎn)化分析結(jié)構(gòu)。
-  高級(jí)分析能力
XFlow的求解器還支持熱分析，熱交換，輻射，跨音速和超音速流動(dòng)，在多孔介質(zhì)中流動(dòng)，非牛頓流，離散相模型和復(fù)雜邊界條件，如多孔介質(zhì)中跳動(dòng)或風(fēng)扇類模型。
-  自適應(yīng)蹤跡改良
XFlow的引擎可根據(jù)用戶需求自動(dòng)適應(yīng)解算規(guī)模，在各項(xiàng)隔離附近精確解算質(zhì)量，并且在流動(dòng)發(fā)展同時(shí)動(dòng)態(tài)適應(yīng)其蹤跡。
-  單獨(dú)一致的隔離模型
XFlow使用一種統(tǒng)一的非平衡隔離函數(shù)對(duì)邊界層進(jìn)行建模。該隔離模型可用于所有情況下，這意味著在不同的算法間無需進(jìn)行選擇，也無需處理每個(gè)體系相關(guān)的不同限制。
-  近似線性的可擴(kuò)展性能
XFlow使用近似線性的可擴(kuò)展能力，對(duì)于多核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全的平行處理。

03
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Abaqus-XFlow輪胎水滑分析流程
Abaqus-XFlow水滑分析流程見下圖。
完整的分析流程包括以下幾個(gè)按順序分析步驟。

由于輪胎是軸對(duì)稱的周期性結(jié)構(gòu)(胎面凸耳)，因此可以從兩個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)格(1a)和(1b)開始。
(1a) 一個(gè)軸對(duì)稱模型，除了胎面
(1b) 單一胎面貼片的3D網(wǎng)格
   (1a) >(2) 使用 *SYMMETRIC MODEL GENERATION, REVOLVE 選項(xiàng)對(duì)定軸的軸對(duì)稱模型進(jìn)行掃掠，創(chuàng)建三維扇區(qū)。掃掠角足以跨越輪距的周期性扇形。
   (1b) >(2) 胎面補(bǔ)片網(wǎng)格直接包含在(2)的輸入文件中，并有一個(gè)約束將胎面附加到旋轉(zhuǎn)扇區(qū)。
   注意(1a)和(1b)只是預(yù)處理，直到胎面貼片固定在旋轉(zhuǎn)的扇形面上，才進(jìn)行力學(xué)分析。
(2) 使用Sector(Abaqus/Standard)進(jìn)行輪輞安裝和壓脹分析。
   (2) >(3) 周期對(duì)稱模型生成創(chuàng)建完整的三維模型，及結(jié)果數(shù)據(jù)傳遞。
(3) 采用Steady-state transport 對(duì)足跡加載以轉(zhuǎn)動(dòng)輪胎(Abaqus/Standard)。
   (3) >(4) 從Abaqus/Standard導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)輪胎結(jié)果到Abaqus/Explicit。
(4) 定義水的歐拉域。水與輪胎發(fā)生接觸，模擬水平面運(yùn)動(dòng)。

03
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XFlow設(shè)置
分析步
導(dǎo)入輪胎外觀幾何、 創(chuàng)建水域盒型體、初始化水域、施加邊界條件、寫出inp文件
聯(lián)合仿真
信息交互：Abaqus傳遞節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和速度至XFlow、XFlow反回力至Abaqus.
耦合算法：Gaus-SeidalExplicit Coupling、XFlow作主動(dòng)
子循環(huán)：對(duì)于本案，XFlow以較大的穩(wěn)定時(shí)間增量，Abaqus子循環(huán)運(yùn)行

04
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分析結(jié)果
輪胎在固定的道路固定的水域上以規(guī)定的速度旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。
路面受力

05
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討論
求解時(shí)間。
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