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eNews 2007/07/25 : 避震器之流固耦合(FSI)分析

簡介
本期我們為您介紹使用ADINA-FSI進行避震器之流固耦合分析.本期的例子, 來自崴昊科技
(FEA-Opt Technology)為台灣工研院智慧車輛組導入ADINA-FSI,並協助工研院從事避震器FSI分析之實例.

此案工研院評估多種軟體, 並投入經費委託其它公司進行分析之顧問案,皆告失敗. 最後由崴昊科技(FEA-Opt Technology)於兩周內以ADINA-FSI為工研院快速解決此問題. 工研院並導入工業版之ADINA-FSI.

避震器作動原理
避震器之作用原理, 乃是使黏稠性避震油(Damping Oil)通過有彈簧閥控制之孔洞, 藉由彈簧閥之開閉以及流體之黏滯阻力提供其避震效果. 基本之作用原理,如圖1所示.

由圖中可看出, 由於彈簧閥之彈性特性, 使得其流體通過之
孔洞尺寸會隨著連桿施力之大小而改變. 故以CAE分析之關點, 以下幾種物理特性甚為重要

(1) 基本CFD之計算.
(2) 流體與簧片之非線性互動, 流體之壓力/流速與必
需與簧片之作動相關.
(3) 當簧片關閉時,結構分析模組必需保有contact及gap元素的功能, 且流體網格不可發散.
(4) CFD必需與結構變型同步具有gap功能
(5)  必需具備網格重建(mesh repair)及網格漸變(mesh morphing)之功能.

ADINA-FSI不但具有以上功能, 且在流固網格不吻合之情況下, 仍可以隱性直接耦合(implicit direct coupling)求解. 許多實務經驗之比較, 已證明許多避震器FSI分析問題唯有ADINA-FSI能解決. 故在全球避震器業, ADINA-FSI向來為其首選軟體.

 

圖1  避震器作動之基本架構

 
建模及網格
ADINA-FSI允許將流體及固體的網格及模型分開建立, 且其界面網格無需吻合, 兩者組合之後可進行直接耦合(direct coupling). 如圖2所示, 為將Fluid及Solid網格分開建立, 再進行組合之情況. 圖3為局部之放大圖, 可明顯出看出其流固界面網格並未吻合.

 
 

圖2  流固網格分開處理並加以合併



圖3  流固界面網格局部放大圖


邊界條件
ADINA-FSI同樣容許在流體及固體中分別設定其邊界條件, 其FSI界面則在流固模型中分別給定, ADINA-FSI會將相同編號的FSI邊界加以計算耦合. 圖4為流固模型組合之示意圖,以及流體之邊界設定. 圖5及圖6則為固體模型之邊界設定.

此處我們使用Implicit Dynamic Transient. 一般參數皆使用預設值即可
.

圖4  流體之邊界設定



圖5  固體之邊界設定(1)



圖6  固體之邊界設定(2)
 
  
分析結果
本次分析, 在連桿上給定如圖7之時間對位移關係(一個Sine函數週期衝程).分析後守先觀察簧片之作動, 如圖8所示, 可看出簧片的確有開閉之作用,且其gap/contact元素作用穩定正常. 分析結果顯示簧片變型微小, 而由實務經驗, 證明此結果為合理可信.

圖9所示為其網格漸變及修補之情況. 由於此一功能, 使得ADINA-FSI在極大變型之狀況, 仍能順利收斂. 圖10所示為流體流速變化之情況, 而圖11為流速及壓力變化之情況. 同樣的,
由實務經驗與實驗, 證實此結果為合理可信.
 
 
圖7  連桿之時間對位移關係(一個Sine函數週期衝程)
 

 
圖8  簧片之開閉作動對照連桿位移


ADINA FSI
圖9 其網格漸變及修補


ADINA FSI
圖10所示為流體流速變化


ADINA FSI
圖11為流體流速及壓力變化


本期我們介紹用ADINA-FSI進行避震器作動分析之時例. 由於ADINA之求解器穩定, 求解器之參數值多為預設值

以上資料, 將納入崴昊科技自行編寫之ADINA訓練教材. 您如果是崴昊科技之ADINA客戶, 請看下幾版之教材光碟.

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