工程背景說明:
在很多任務程應用涉及孔隙介質中的流體運動和熱傳輸現象,如岩土、水壩的滲流;地下水擴散;石油採集、地熱能擴散等等。在滲流方面,實際工程中比較關心兩個問題,一是滲流的自由面問題,另乙個為動態滲流的模擬,這些問題都可以在adina中進行模擬。adina提供兩種求解滲流問題的方法,一種是利用多孔介質材料來分析滲流問題,採用平均流速、滲流率定義介質中的流體控制方程,得到滲流速度、流網分布,另一種方法是利用滲流方程與溫度方程相同的原理,用溫度場的求解方法(seepage材料),採用熱傳導單元來求解滲流問題得到滲流速度和浸潤面的形狀,本題採用第二種方法來求解自由表面滲流問題。
涉及要點:
● 非均布荷載函式的定義及施加方法;
● 溫度邊界條件的施加以及初始溫度條件的設定;
● 2-d熱傳導單元的各引數的定義;
● 後處理中各種結果顯示方式;
● 用溫度場的方法求解滲流問題;
問題說明:
● 壩體材料為各相同性,其引數見下圖說明;
● 壩的幾何尺寸見圖中標註,具體單位制請參考adina其它文件;
● 邊界條件中兩側為drainage排水條件,底部(impervious)靠左側12.64長度單位為不排水邊界,剩餘段為排水條件;
● 模型可簡化為2d平面模型進行分析;
建模計算:
一、建立分析模型:
開啟adina-aui,選擇adina thermal模組。
1.建立幾何模型
點選圖示,在彈出的視窗中輸入四個座標值。
由於模型採用2d的平面應變模型,所有點的x座標為零(空白即為零)。各點座標如下圖:
點選,通過頂點依次建立兩個面。
su***ce vertex name=1 p1=3 p2=5 p3=6 p4=2
su***ce vertex name=2 p1=5 p2=4 p3=1 p4=6
開啟su***ce標號顯示當前幾何模型如下圖所示。
2.定義物理條件
開啟line標號顯示當前幾何模型如下。
● 定義並施加邊界條件( apply fixity):
邊界條件是su***ce 2底邊(l5)處施加溫度約束即可。
點選圖示,點選define,定義溫度荷載。
按照下圖中所示,對邊界線施加相應的約束條件。
由於施加的荷載為空間非均勻的,所以首先需要定義spatial function。點選選單geometry->spatial function中line,彈出對話方塊如圖,根據荷載最大值和最小值輸入特定點的值,單擊ok返回,注意輸入方向。
● 定義溫度荷載(temperature load):
首先定義初始溫度,注意在最初的滲流水頭的迭代時,不被邊界條件限制的入水口取為4.0,這個數值由滲流水頭的最大值決定。點選control ->analysis assumptions 選項 default temperature settings,彈出對話方塊如下,設定初始溫度為4。
點選圖示,選擇荷載型別為temperature點選define,輸入荷載大小(如圖)。
單擊ok,返回上一級選單,按右圖方式在line 4施加均布荷載,在line 6施加三角形荷載。需要注意的是在施加非均勻荷載的位置需要定義spatial function為1。
● 定義材料特性(material property)和單元組(element group)
點選圖示,選擇按鈕seepage,定義引數如下圖,單擊ok返回上一級視窗,單擊ok完成定義。
● 定義單元組
點選圖示,增加一種2-d condition單元,其element sub-type為平面型別planar。
3.網格劃分
● 指定網格劃分密度
點選meshing->mesh density中的line選項,得到如下對話方塊:
各邊線的劃分比例如下圖:
● 單元劃分
點選圖示,在彈出視窗中選擇單元組1,選擇4點單元;然後選擇兩個su***ce劃分網格。
生成單元如下:
點選圖示,顯示荷載和邊界情況如下圖所示。
儲存資料庫為也可以儲存為命令流檔案,則為檔案。
二、求解過程
點選圖示,輸入將要生成的求解檔案開始求解。將資料庫檔案另存為值得說明的是adina預設採用隱式求解器進行求解穩態問題,adina也同時提供其它的求解器。為了收斂性,我們施加了初始溫度(水頭),這樣很快獲得結果,如果沒有施加這個初始條件,求解的迭代步數要增加很多。
三、後處理及結果解釋
● 顯示水頭
先在program module裡選擇後處理程式post-processing,開啟點選後處理圖示,彈出對話方塊,預設,單擊ok。
總水頭雲圖顯示如下:
● 顯示流速
點選,顯示流速圖,同時點選,去掉網格線顯示:
● 顯示自由液面
從上圖的流速向量圖中可以判斷自由面的大概位置,更為明確的顯示方法如下。點選,彈出create band plot對話方塊,在band plot variable中選擇flux在其後選擇seepage flux magnitude,點選ok。
然後點選modify band plot 彈出對話方塊,在band attributes下點選band table…。在彈出的視窗中定義繪圖設定,在變數範圍(value range)中最小值預設,最大值取乙個較小的數值,本例中取0.02。
顯示自由水面如下圖所示。
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