Abaqus网球随机发射仿真

以下文章来源于USim ，作者邓怡超

还记得上次我们捡了几个网球，今天用一个网球发射器来发射它们。

这个网球发射器可以左右、上下摇摆，以控制发球的侧偏和俯仰角度，两个滚轮通过转动将网球加速，抛射出去。

在Abaqus中，这些机构的运动可以通过Connector来建模。

侧偏和俯仰角度

储球桶内的带孔挡板以一定的角速度转动，挡板的孔洞与桶底的孔洞重合时，网球落下，这样保证定时落球。

定时落球机构

网球的气体-结构（球皮）耦合行为通过Fluid Cavity来表征，需要创建一个气动型流体腔，指定模型的通用气体常数、设置内部空气的摩尔质量等参数。

网球的流体腔模型

初始化之后，网球陆续落入滑道，通过滚轮发射出去。

网球发射器发球模型

这个时候，任务还没完成，我们希望发球器每次抛出的球具有不同的落点，还要做些二次开发工作。

关于有限元仿真中是否有随机性的问题我们之前讨论过了，正常情况下，显然是没有的，同一个模型不改变参数，每一次的仿真结果必然都会一样。

那么如何将随机性引入仿真中呢？

一种方法是通过VUAMP子程序来实现，就是下面我用的方法。

需要注意的是，在子程序中调用随机数时不能只考虑random_number，因为这样只能生成伪随机数，为了让每一次仿真的结果都不同，比如让Abaqus模拟掷骰子时每次运行都有新的点数，还要考虑用于生成随机数的种子。

这部分Fortran代码如下：

real :: t
call random_seed ()
call random_number(t)

Abaqus模拟掷骰子

为验证这个模型是否具有随机性，我写了2个Python脚本，将同一个模型跑100次job、并批量处理了生成的100个odb文件，每个结果输出一个渲染后的点数图。

利用Python自动处理结果

结果表明，同一个模型运行100次，每次计算的结果都不一样（100次模拟总有几次点数一样，但即使点数一样，骰子最终落点的位置也不一样，因此每一次的结果都不一样），在不严格的意义下，可以认为这个有限元模型具备了一定的随机性。

下面是从输出的100张图片中随便选出的4个点数图。

模拟结果点数图

现在，我们把掷骰子的模拟思路用在网球发射器模型上，通过VUAMP子程序定义滚轮在某个速度区间内的随机转动，每次抛球、每次仿真都有新的落点。

随机发球

每次发射落点不一样

每次运行结果不一样