ANSYS流固耦合之锚固式储液罐的模态分析

本文摘要（由AI生成）：

本文研究了锚固式正方形截面储液罐的模态分析。通过建立工作文件、定义单元类型及实常数、材料性能参数，生成几何模型并划分网格，进行了流固耦合的仿真分析。在液体高度为2.8m时，通过施加位移全约束和分布载荷，求解了储液罐的模态参数。结果包括固有频率列表和第一阶振型图，展示了流固耦合力学中固体和流体间的交互作用。本文的研究对于深入了解储液罐的振动特性及优化设计具有重要意义。

1.问题描述：

某锚固式正方形截面储液罐模型，容器壁厚0.01m，其尺寸见下图1，其中流体密度=1000kg/m²，重力加速度g=9.8m/s²，声速C₀=400m/s，容器弹性模量E=2el1N/m²，密度ρs=7 800kg/m³，泊松比v=0.3。求解当储液罐内液体高度为2.8m时的模态参数。

                                                                图1    几何尺寸

2.具体仿真分析步骤如下：

（1）建立工作文件名和工作标题

1）定义工作文件名：/FILNAME, EX0001

2）定义工作标题：/TITLE, Modal Analysis of Large Storage Tanks

3）定义单位制：/UNITS, SI        

（2）定义单元类型及实常数

1）定义单元类型：

ET,1,SHELL181

ET,2,FLUID30

ET,3,FLUID30,,1

2）定义实常数：

R, 1, 0.01

R,2,0 

（3）定义材料性能参数

MP,EX,1,2E11                       

MP,NUXY,1,0.3                     

MP,DENS,1,7800                   

MP,DENS,2,1000                    

MP,SONC,2,400                     

（4）生成几何模型

                                                        图2 储液罐几何模型

（5）划分网格并生成单元

                                                            图3 储液罐单元模型

（6）加载求解

1）

ANTYPE,MODAL   

MODOPT,UNSYM,30 

MXPAND,30, , ,0     

2）标记流固耦合交界面并耦合：

                                                    图4 耦合后单元模型图

ASLV,S                           

ASEL,U,LOC,Z,2.8                

NSLA,S,1                        

ESLN,S                           

ESEL,R,MAT,,2                    

SF,ALL,FSI，1                       

3）施加位移全约束：

ASEL,S,LOC,Z,0      

DA,ALL,ALL,0       

4）施加分布载荷：

ASEL,S,LOC,Z,2.8      

DA,ALL,PRES,0     

5）求解：

SOLVE                              

FINISH

（7）进入一般后处理，查看结果

1）查看固有频率：

                                                        图5 固有频率列表

2）查看第一阶振型：

                                            图6 储液容器第一阶振型图

流固耦合力学的重要特征是两相介质间的交互作用，即固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动反过来又影响流场的流动，从而改变流体载荷的分布和大小。一般情况下，流固耦合方程的特点是方程的定义域同时有流体域和固体域，未知变量既有流体变量又有固体变量，而且流体域和固体域通常无法单独求解。