The invention discloses a micro cavity through finite element fluid droplet solid coupling modeling and modal analysis method, the droplet model is divided into two parts: one part is divided into unit droplets of fluid medium, the other part is a layer of rubber film droplet surface as a package, overcomes the traditional simulation methods liquid directly approximate theoretical defects of elastic body; a layer of thin film elements to simulate the membrane structure of the droplet surface generated by surface tension simulation of free interface constitutive parameters change shell unit and gives the material damping, impedance to more realistic; simulation of wall mining plate wall and droplet wall node the way of coupling more realistic surface adhesion force. The simulation results are closer to the real liquid mode.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有限元分析方法的数值仿真领域,具体涉及一种贯穿微型腔液滴的有限元流固耦合建模及其模态分析方法。
技术介绍
随着科技的进步,传统的变焦系统已经不能再满足高速变焦和高成像质量的市场要求。而近年来刚刚兴起的一种新型光学元件—液体透镜,它是利用某种控制方法改变镜头的折射率或形状来调整焦距,实现变焦功能的,是一种全新的变焦方式。液体透镜的变焦响应速度快、功耗低、无噪声等诸多特点完全不同于传统镜片,透镜参数的可调性为光学设计过程提供了一个全新的自由度,必将会使现有的诸多变焦系统得到大幅度的简化。如果能将液体透镜应用于变焦系统的设计而不需要引入任何机械运动部件,将会给变焦距光学系统的发展带来革命性的变化。因此,利用液体透镜获得高成像质量的变焦距光学系统是一个非常具有吸引力的研究方向。流固耦合方法是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流场影响,两者交互作用的一种方法。流固耦合方法的重要特征是两相介质之间的交互作用:弹性固体在流体载荷作用下会产生变形或运动,而变形或运动又反过来影响流场,从而改变流体载荷的分布和大小。数值模拟因其经济性和高效性成为研究固着液滴有限元分析的重要手段,可以节省实验的巨大投入。目前国内对固着液滴的固有频率和固有振型有限元模拟现状为:将液体近似处理为弹性体,强制赋于其弹性模量和泊松比,这样的处理方法使仿真结果远远偏离实际工况,引起以下错误:1、首先,用上述方法赋给液体的泊松比和弹性模量是实验结果所得,由于工况不统一,材料参数是时变的,材料参数的近似会引起结果的巨大偏差;而且液体本身不具备泊松比和弹性模量,上述方法缺少理论支 ...
【技术保护点】
一种贯穿微型腔液滴的有限元流固耦合建模及其模态分析方法,其特征在于,包括如下步骤: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质包裹流体介质共同组成,并且生成微型腔有限元模型,使液滴固着在微型腔内,其中薄膜介质起到表征液体表面张力的作用;S2:单元类型的选取根据以上的液滴、薄膜和微型腔三种结构,选取三种不同类型的单元,选用流体介质单元划分液滴结构,用该单元模拟液体内部惰性;选用壳单元划分薄膜结构,特别设置壳单元的单元劲度、积分项和本构参数,用于表征自由界面的表面张力;选取固体单元划分微型腔结构,用该单元模拟液滴固着的微型腔;S3、有限元建模根据上述的有限元仿真思想,利用液体、薄膜及微型腔材料属性对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拟贯穿微型腔液滴的振动过程,并采用自由边界条件、重力场和固定约束等条件,模拟自激振固着液滴的工况环境;所述液体、薄膜及微型腔材料的材料属性是以材料参数进行表征,所述材料参数是指液体的密度、流密度,薄膜和微型腔的密度、弹性模量、泊松比;S4、网格划分对液滴网格采用自由网格划分,并且使液滴球冠表面与薄膜结构的各四面体网 ...
【技术特征摘要】
1.一种贯穿微型腔液滴的有限元流固耦合建模及其模态分析方法,其特征在于,包括如下步骤: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质包裹流体介质共同组成,并且生成微型腔有限元模型,使液滴固着在微型腔内,其中薄膜介质起到表征液体表面张力的作用;S2:单元类型的选取根据以上的液滴、薄膜和微型腔三种结构,选取三种不同类型的单元,选用流体介质单元划分液滴结构,用该单元模拟液体内部惰性;选用壳单元划分薄膜结构,特别设置壳单元的单元劲度、积分项和本构参数,用于表征自由界面的表面张力;选取固体单元划分微型腔结构,用该单元模拟液滴固着的微型腔;S3、有限元建模根据上述的有限元仿真思想,利用液体、薄膜及微型腔材料属性对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拟贯穿微型腔液滴的振动过程,并采用自由边界条件、重力场和固定约束等条件,模拟自激振固着液滴的工况环境;所述液体、薄膜及微型腔材料的材料属性是以材料参数进行表征,所述材料参数是指液体的密度、流密度,薄膜和微型腔的密度、...
【专利技术属性】
技术研发人员:石广丰,王子涛,朱可可,
申请(专利权)人:长春理工大学,
类型:发明
国别省市:吉林;22
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