[發(fā)明專利]貫穿微型腔液滴的有限元流固耦合建模及其模態(tài)分析方法

有效

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• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106599364B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 石廣豐;王子濤;朱可可
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種貫穿微型腔液滴的有限元流固耦合建模及其模態(tài)分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、有限元建模思想

采用液滴分割建模的思想，液滴有限元模型由薄膜介質(zhì)包裹流體介質(zhì)共同組成，并且生成微型腔有限元模型，使液滴固著在微型腔內(nèi)，其中薄膜介質(zhì)起到表征液體表面張力的作用；

S2：單元類型的選取

根據(jù)以上的液滴、薄膜和微型腔三種結構，選取三種不同類型的單元，選用流體介質(zhì)單元劃分液滴結構，用該單元模擬液體內(nèi)部惰性；選用殼單元劃分薄膜結構，特別設置殼單元的單元勁度、積分項和本構參數(shù)，用于表征自由界面的表面張力；選取固體單元劃分微型腔結構，用該單元模擬液滴固著的微型腔；

S3、有限元建模

根據(jù)上述的有限元建模思想，利用液體、薄膜及微型腔材料屬性對液滴及微型腔建立完整的有限元模型，以所述完整的有限元模型模擬貫穿微型腔液滴的振動過程，并采用自由邊界條件、重力場和固定約束條件，模擬自激振固著液滴的工況環(huán)境；所述液體、薄膜及微型腔材料的材料屬性是以材料參數(shù)進行表征，所述材料參數(shù)是指液體的密度、流密度，薄膜和微型腔的密度、彈性模量、泊松比；

S4、網(wǎng)格劃分

對液滴網(wǎng)格采用自由網(wǎng)格劃分，并且使液滴球冠表面與薄膜結構的各四面體網(wǎng)格大小一致，定義所述完整有限元模型中每個四面體單元網(wǎng)格所包絡的體積為一個單元；由于微型腔的形狀規(guī)則，對微型腔網(wǎng)格采用映射網(wǎng)格劃分；

S5、流固耦合設置

采用有限元工具中的流固耦合命令，將薄膜的內(nèi)表面節(jié)點與液滴球冠表面節(jié)點，微型腔內(nèi)壁節(jié)點與液滴圓柱側壁節(jié)點，分別流固耦合，實現(xiàn)流體介質(zhì)和固體介質(zhì)之間的力與位移的交互和傳遞；

采用有限元工具對物理環(huán)境進行設置，給有限元模型施加一個標準大氣壓；

采用有限元工具對微型腔材料進行固定約束；

采用有限元工具對完整的有限元模型設置全局重力場；

采用有限元工具對液滴球冠與微型腔接觸線，設置線節(jié)點耦合，模擬微型腔對液滴的固著作用；

完成有限元模型的建立；

S6：有限元分析

根據(jù)試驗要求采用有限元工具對有限元模型進行模態(tài)分析，由于本模型涉及到流體模擬，采用非對稱模態(tài)提取方式，提取模態(tài)信息；利用有限元工具獲得貫穿微型腔液滴的固有頻率和其固有振型。