При решении некоторых сильно связанных задач механики и гидродинамики использование традиционных FSI подходов, объединяющих несколько вычислительных кодов может оказаться не эффективно. Большие деформации или динамическое перестроение сеток для выполнения гидро-газодинамических расчетов при подвижных границах расчетной области может потребовать дополнительных вычислительных мощностей и привести к неустойчивости решения. В докладе описывается решение задачи продольного спуска атомного ледокола на воду в LS-DYNA. Решение выполняется методом конечных элементов в эйлеровой постановке. Используется явный решатель механики. Рассматриваются возможности моделирования многофазных жидкостей при подобных расчетах.

1. ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»
Продольный спуск судна на воду а ALE постановке
Новожилов Юрий
Yury.Novozhilov@cadfem-cis.ru

2. 2© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Продольный спуск ледокола с прикрепленными к нему понтонами
• В первом приближении прочность судна не интересует
• Необходимо определить отсутствие касания судном льда
• Также интересует конечная скорость и буксировочное сопротивление
Постановка задачи

3. Ледокол с прикрепленными понтонами
• недеформируемое тело
• лагранжева сетка
Стапель
• недеформируемое тело
• лагранжева сетка
Жидкостный домен
• эйлерова сетка
3© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
КЭ модель

4. 4© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Лагранжев и эйлеров сеточный домены

5. 5© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
• Между судном и стапелем есть нелинейный контакт с трением
- Коэффициент трения 0.035
• Судно скользит с начальной скоростью
- движение судна от состояния покоя до контакта с жидкостью не моделируется
- к моменту контакта со свободной поверхностью воды судно разгонится
скорости в 1.6 м/с
Дополнительные граничные условия и нагрузки

6. 6© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
• Плотность 1000 кг/м3
• Коэффициент Грюнейзена 0.28
• Скорость звука 1483 м/с
LS-DYNA Aerospace Working Group
Modeling Guidelines Document
Version 12-1 dated June 1, 201
Модель материала «вода»

7. 7© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
1. Задание моделей материалов для жидкостей
2. Задание моделей материалов для пустот
3. Группировка геометрических/сеточных партов в логические домены
4. Определение многофазных групп на основе логических доменов
5. Определение изначального положения жидких фаз
6. Настройка FSI интерфейса
7. Настройка записи информации с FSI интерфейсов
8. Оптимизация параллельного расчета
Порядок действий для FSI с многофазными жидкостями

8. 8© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
1. Задание моделей материалов для пустот
*PART
vаcuum
$# pid secid mid eosid hgid grav adpopt tmid
102 102 102
*SECTION_SOLID_TITLE
vacuum
$ ID elform aet unused1
102 11
*MAT_VACUUM_TITLE
vacuum
$# mid den
102 1.0E-6
elform 11
ALE-элемент для работы с многофазными группами,
одна точка интегрирования
den 11e-6 глубина вакуума

9. 9© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Создаем наборы партов, в которых содержится:
• 201 – парты содержащие воду
• 202 – парты содержащие вакуум
2. Группировка партов в логические домены
*SET_PART_LIST_TITLE
water
$# sid da1 da2 da3 da4 solver
201 MECH
$# pid1 pid2 pid3 pid4 pid5 pid6 pid7 pid8
1 2 3
*SET_PART_LIST_TITLE
vacuum
$# sid da1 da2 da3 da4 solver
202 MECH
$# pid1 pid2 pid3 pid4 pid5 pid6 pid7 pid8
102

10. 10© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Следующие наборы партов будут многофазными группами:
• 201 – для вода
• 202 – для вакуума
3. Определение многофазных групп на основе логических доменов
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP_SET
$# pid
201
202

11. 11© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
4. Определение изначального положения жидких фаз
*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
$# fmsid fmidtyp bammg ntrace
201 0 1 3
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
fmsid 201
201-й сеточный (геометрический) домен для
производится расчет поведения жидкостей
bammg 1
1-ая многофазная группа заполняет весь доступный
объём

12. 12© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
4. Определение изначального положения жидких фаз
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
$# Water surface
$# conttyp fillopt fammg vx xy xz radvel unused
3 0 2 0.000 0.000 0.000 0
$# x0 y0 z0 xcos ycos zcos unused unused
0.000 0.000 0.000 0.000 1.000000 0.000
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
conttyp 3 логический делитель – виртуальная плоскость
fammg 2 отсеченный объем заполняется второй многофазной

13. 13© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
4. Определение изначального положения жидких фаз
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
$# Boat
$# conttyp fillopt fammg vx xy xz radvel unused
2 1 2
$# sgsid normdir xoffset unused unused unused unused unused
1
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
conttyp 2 логический делитель – набор сегментов
fillopt 1 внутренность набора сегментов будет заполнена
fammg 2 отсеченный объем заполняется второй многофазной

14. 14© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
4. Определение изначального положения жидких фаз
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
$# Reil
$# conttyp fillopt fammg vx xy xz radvel unused
2 1 2
$# sgsid normdir xoffset unused unused unused unused unused
6
conttyp 2 логический делитель – набор сегментов
fillopt 1 внутренность набора сегментов будет заполнена
fammg 2 отсеченный объем заполняется второй многофазной

15. 15© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
4. Определение изначального положения жидких фаз
*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
$# fmsid fmidtyp bammg ntrace
201 0 1 3
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
$# Water surface
$# conttyp fillopt fammg vx xy xz radvel unused
3 0 2
$# x0 y0 z0 xcos ycos zcos unused unused
1
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
$# Boat
$# conttyp fillopt fammg vx xy xz radvel unused
2 1 2
$# sgsid normdir xoffset unused unused unused unused unused
1
$#~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
$# Slipway
$# conttyp fillopt fammg vx xy xz radvel unused
2 1 2
$# sgsid normdir xoffset unused unused unused unused unused
6

16. 16© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Создаем наборы партов, в которых содержится:
• 203 – все жидкости
5. Настройка FSI интерфейса
*SET_PART_LIST_TITLE
fluids
$# sid da1 da2 da3 da4 solver
203 MECH
$# pid1 pid2 pid3 pid4 pid5 pid6 pid7 pid8
1 2 3 102

17. 17© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
5. Настройка FSI интерфейса
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID
$# slave master sstyp mstyp nquad ctype direc mcoup
4 203 1 0 3 4 2 1
$# start end pfac fric frcmin norm normtyp damp
0.0 1.0E+10 0.1 0.0 0.5 0 0 0.0
$# cq hmin hmax ileak pleak lcidpor nvent blockage
0.0 0.0 0.0 0 0.1 0 0 0
$# iboxid ipenchk intforc ialesof lagmul pfacmm thkf
0 0 0 0 0.0 0 0.0
slave 4 элемент лагранжевой сетки для FSI
master 203 элемент эйлеровой сетки для FSI
ctype 4 штрафной закон для FSI сопряжения
direc 2 сопряжение только на сжатие
mcoup 1 ведущий материал с большей плотностью

18. 18© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
6. Настройка записи информации с FSI интерфейсов
*DATABASE_FSI
$# dt
1.0E-5
$#dbsfi_id sid stype swid convid
1 7 2 0 0
dbsfi_id 1 номер интерфейса для записи результатов
sid 7 номер сегмента, с которого считываются параметры
stype 2 интерфейс типа сегмент

19. 19© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Расчеты с использованием эйлерова домена возможно распараллеливать
только по схеме с распределённой памятью (DMP) – MPP в терминологии
решателя LS-DYNA.
Карта активирует равномерную декомпозицию эйлерова домена между
всеми вычислительными процессам решателя с распределённой
памятью.
7. Тонкая настройка ALE решателя
*CONTROL_ALE
$# dct nadv meth afac bfac cfac dfac efac
0 1 2 -1.0 0.000 0.000 0.000 0.000
$# start end aafac vfact prit ebc pref nsidebc
0.0 1.0E+20 0.0 0.0 0 1 0.000 0
$# ncpl nbkt imascl checkr
1 50 0 0.000
*CONTROL_MPP_DECOMPOSITION_DISTRIBUTE_ALE_ELEMENTS
ebc 1
автоматическая установка граничных условий
прилипания на свободные границы эйлерова домена

20. 20© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Результаты расчета

21. Добавим удобства в работе LS-DYNA
21© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015
Подсветка синтаксиса Автоматическое выделении памяти

22. Спасибо за внимание!
Новожилов Юрий
Yury.Novozhilov@cadfem-cis.ru
© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015