Ansys Mechaniacal | 囊状气垫鞋仿真模拟

概述

流固耦合问题在工程应用中十分常见。其中一种情况是流体（或气体）被封闭在固体内部，并承受各种载荷，例如轮胎、气垫鞋和流体容器。静水压流体单元非常适合此类应用。本文介绍了对囊状气垫鞋的仿真模拟。鞋内空气遵循理想气体定律。这些静水压流体单元通过 ANSYS Mechanical 中的命令流进行定义。

目标

• 理解静水压流体单元建模的工作流程
• 
  
• 熟悉理想气体定律以及相应的流体体积与压力之间的关系

步骤

1. 打开 ANSYS Workbench，创建“静力结构”分析。检查单位。为鞋体创建弹性材料。

2. 导入鞋底几何模型（图1）。

图1. 鞋底几何模型

3. 划分网格。 使用六面体主导网格方法对整个部件进行网格划分，设置全局网格尺寸为 3 mm。为内表面创建命名选择，用于后续生成静水压流体单元。使用剖切视图有助于选择内表面。

4. 施加边界条件并定义分析类型。 开启大变形，并定义若干子步。固定底面，在顶面施加 600 N 的压力载荷。插入命令片段以创建静水压流体单元。这些单元的行为由理想气体定律控制。要生成这些单元，需要准备一个表面选择（之前创建的命名选择）和一个压力节点（该节点位于空气体积内部）。实现上述功能的命令行如图 2 所示。

创建静水压流体单元的命令行（图2）

5. 运行仿真。 总变形云图如图 3 所示。

图3. 使用静水压流体单元时的总变形云图

6. 进行不考虑理想气体定律的对比分析。 在 Workbench 中复制分析系统。抑制命令片段并重新运行仿真。变形云图如图 4 所示。对比图 3 和图 4 ，可以观察到气体压力带来的影响。

图4. 未使用静水压流体单元时的总变形云图

总结

本仿真展示了如何在 Mechanical 中使用命令行创建静水压流体单元，以模拟囊状气垫鞋内部的空气。相同的概念也可用于不可压缩流体以及不遵循理想气体定律的气体。

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