干货 | ANSYS Workbench LS-DYNA流固耦合方法应用

贮液容器（含塑料瓶）广泛应用于化工、食品包装、储运等领域。由于容器（含塑料瓶）在运输和使用过程中常常会因为跌落或碰撞冲击导致破损而造成损失和污染，因此，研究贮液容器（含塑料瓶）在跌落碰撞过程中的力学行为，对认识容器（含塑料瓶）跌落碰撞损伤机理，优化容器（含塑料瓶）结构，提高其安全性和使用价值意义重大。

贮液容器的跌落是一个典型的流固耦合问题，可采用LS-DYNA的ALE算法（任意拉格朗日欧拉算法）进行模拟。下面以一个封闭的装水水箱为例，介绍ANSYS Workbench LS-DYNA分析此类型跌落问题的方法和步骤：

调用ANSYS Workbench中的LS-DYNA模块，如图1所示。然后使用ANSYS的CAD工具DesignModeler建立几何模型，如图2所示。

图1 调用Workbench LS-DYNA  图2 DesignModeler中建立几何模型

双击进入“Model”后，对模型进行网格划分、边界条件设置、速度设置和分析设置，如图3所示。设置完成后点击“solve”求解，生成K文件，如图4所示。

图3调用Workbench LS-DYNA    图4DesignModeler中建立几何模型

通过Workbench LS-DYNA生成的K文件中关键字是不够完善的，并不能直接递交LS-DYNA求解器进行求解。K文件中所欠缺的一些关键字，在流固耦合分析中是必不可少的，如空材料的定义、跟随坐标系的定义、空白域的定义以及状态方程的定义等。

（1）LS-DYNA程序提供了运动的多物质ALE网格，可以方便地为多物质ALE算法定义跟随坐标系

*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE

*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP

（2）定义空材料和状态方程的关键字

*MAT_NULL*EOS

（3）初始化空白域的关键字

*INITIAL_VOID_PART

（4）结构和流体之间耦合的关键字

*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID

（5）单元算法定义（单点积分的单物质加空白材料）的关键字

*SECTION_SOLID_ALE   ELF0RM=12

（6）在重力作用下产生下落的关键字

*LOAD_BODY

……

关键字的编辑或修改一般有两种方法，一种是直接在ls-prepost中对关键字进行编辑设置，如图5所示；另一种是在文本编辑器UltraEdit中对关键字进行编辑或修改，如图6所示。当然也可以使用TEXT文本编辑器来编辑K文件，不过TEXT在此方面的专业性不及UltraEdit，尤其对于较大的K文件，使用TEXT打开将会很慢。

图5 ls-prepost中编辑关键字              图6 UltraEdit中编辑关键字

关键字编辑完成后，很难确保所有关键字编写无误，若直接递交LS-DYNA求解器求解，计算一段时间后可能会报错。这样往往会浪费我们的时间，可以在求解之前先对关键字进行检查，有针对性的将错误提前排除掉，具体检查方法如图7所示。图中提示关键字LOAD存在错误，对LOAD进行重点查看，错误排查后如图8所示，然后再提交至LS-DYNA求解器计算。

图7 关键字错误检查                图8 关键错误排查

在ls-prepost中查看计算结果，可将计算得到的d3plot文件直接拖入至ls-prepost，勾选“Assembly and Select Part”中的“Fluid(Ale)”，便可查看装水水箱整个跌落过程中液体水的流动情况，如图9所示。