РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТИ И КОНСТРУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ FLOWVISION И CAE FIDESYS

В работе обсуждается численный метод решения задач сильного взаимодействия между  жидкостью (газом) и деформируемым твердым телом: жидкость осуществляет силовое  воздействие на тело, тело меняет форму, изменённая форма тела меняет течение.  Разработанный метод демонстрируется на тестовой задаче обтекания клапана воздухом.  Задача решается в трёхмерной постановке. Деформируемое тело обтекается  неограниченным потоком воздуха под прямым углом. Рассматривается зависимость  деформации тела при наличии в нём дефекта (отверстия), расположенном в различных  положениях. Течение воздуха рассчитывается в программном комплексе FlowVision.  FlowVision основан на конечно-объемном подходе к аппроксимации основных уравнений  движения жидкости. В нём реализованы явный и неявный методы интегрирования этих  уравнений. FlowVision позволяет решать междисциплинарные задачи: моделировать  многофазные течения с помощью метода VOF, задавать движение тел (перемещение  непроницаемых границ) по неподвижной расчетной сетке, моделировать течения во  вращающихся машинах с использованием метода скользящей сетки, решать задачи взаимодействия жидкости и конструкции методом двухстороннего сопряжения FlowVision с  конечно-элементными ПК. Деформация тела рассчитывается в программном комплексе CAE  Fidesys. CAE Fidesys позволяет проводить различные виды прочностного инженерного  анализа полного цикла от построения расчетной сетки до визуализации результатов  расчета. Для численного решения задач механики деформируемого твердого тела CAE  Fidesys использует в своей основе метод конечных элементов и метод спектральных элементов. CAE Fidesys позволяет производить расчёт как линейных, так и нелинейных  задач, статических и динамических задач прочности. Для обеспечения проведения совместного расчёта была разработана технология двухстороннего сопряжения,  осуществляющая двустороннее взаимодействие между комплексами CAE Fidesys и  FlowVision. С использованием данной технологии проведено численное исследование в задаче об обтекании клапана. Приводится сравнение поведения клапана при различных  вариациях расположения эллиптического отверстия в нем. Результаты проведенного  исследования демонстрируют, что сопряжённый программный комплекс FlowVision-CAE  Fidesys позволяет рассчитывать характеристики клапана на относительно небольших расчетных сетках.

1. Аксёнов А. А. FlowVision: индустриальная вычислительная гидродинамика // Компьютерные исследования и моделирование. − 2017. − Т. 9, №1. − С. 5-20.

2. Aksenov A.A., Zhluktov S.V., Savitskiy D.V., Bartenev G.Y., Pokhilko V.I. Simulation of 3D flows past hypersonic vehicles in FlowVision software // Journal of Physics: Conference Series, Volume 653, No. 012072, 2015, http://iopscience.iop.org/1742-6596/Y2015.

3. Markova T. V., Aksenov A. A., Zhluktov S. V., Savitsky D. V., Gavrilov A. D., Son E. E. Prokhorov A. N. Simulating flow around scaled model of a hypersonic vehicle in wind tunnel // Journal of Physics: Conference Series. – Vol. 774, No. 1 (012095). – 2016. – 9 p. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/774/1/012095

4. В.А. Левин, А.В. Вершинин “Численные методы. Параллельные вычисления на ЭВМ ”. 2й том пятитомного цикла монографий “Нелинейная вычислительная механика прочности”. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2015.

5. Е.М. Морозов, В.А. Левин, А.В. Вершинин “Прочностной анализ. Фидесис в руках инженера”. М.: URSS, 2015. – 408 с.

6. Zingerman K. M., Vershinin A. V., Levin V. A. An approach for verification of finite-element analysis in nonlinear elasticity under large strains // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2016. — Vol. 158. — P. 012104.

7. Vladimir A. Levin, Anatoly V. Vershinin, and Konstantin M. Zingerman. Numerical analysis of propagation of nonlinear waves in prestressed solids. Modern Applied Science, 10(4):158–167, 2016

8. Numerical analysis of the stress concentration near holes originating in previously loaded viscoelastic bodies at finite strains. Vladimir A. Levin, Konstantin M. Zingerman, Anatoly V. Vershinin, Eugene I. Freiman, Anastasia V. Yangirova. International Journal of Solids and Structures. 10/2013; 50(20-21):3119-3135. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2013.05.019

9. Вершинин А.В., Левин В.А., Комолова Е.В., Кукушкин А.В., Улькин Д.А. “Об использовании полнофункциональной CAE Fidesys при разработке инновационных изделий ОПК”. Научно-методический журнал Межотраслевая Информационная Служба ФГУП “ВИМИ”, 38-41 с. Выпуск 4 (165). Москва 2013

10. Гарбарук А. В., Стрелец М. Х., Шур М. Л. Моделирование турбулентности в расчётах сложных течений // Учебное пособие, Санкт-Петербург, Издательство Политехнического Университета, 2012, 88 с.

11. Wilcox D. C. Turbulence modeling for CFD // DCW Industries, Inc., 1994, 460 p.

12. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4, ed: K. Hanjalic, Y. Nagano, and M. Tummers, Begell House, Inc., 2003, pp. 625 -632.

13. Abe K., Kondoh T., CityplaceNagano Y. A New Turbulence Model for Predicting Fluid Flow and Heat Transfer in Separating and Reattaching flows-I. Flow Field Calculation // Int. Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 1, 1994, pp. 139-151.

14. Lien F.S., Chen W.L., Leschziner M.A. Low Reynolds-Number Eddy-Viscosity Modelling Based on Non-Linear Stress-Strain/Vorticity Relations // Engineering Turbulence Modelling and Measurements 3, Elsevier, 1996, pp. 91-100.

15. Жлуктов С. В., Аксёнов А. А., Карасёв П. И. “Моделирование ламинарно- турбулентного перехода в рамках k-epsilon подхода” Компьютерные исследования и моделирование, 2014, Том 6, № 6, с. 879-888.

16. Жлуктов С.В., Аксёнов А.А., Карасёв П.И. Моделирование отрывного течения с использованием двухпараметрической модели турбулентности // Компьютерные исследования и моделирование. − 2016. − Т. 8, №1. −С. 79-88.

17. Жлуктов С.В, Аксёнов А.А. Пристеночные функции для высокорейнольдсовых расчетов в программном комплексе FlowVision // Компьютерные исследования и моделирование. − 2015. − Т. 7, №6. − С. 1221- 1239.