RD-E：5000 INIVOLと流体構造連成（コンテナ落下）

この例題の目的は、複合材料ALE要素内のさまざまな材料の初期体積率用の/INIVOL、無限平面用の/SURF/PLANE、およびLagrangeコンテナを使用した流体構造連成（FSI）を紹介することです。

使用されるオプションとキーワード

ソリッド要素（/BRICK）
材料則（/MAT/LAW51 (MULTIMAT)および/MAT/LAW6 (HYDROまたはHYD_VISC)）
プロパティ（/PROP/TYPE14（SOLID）ALE特性定式化I_ale = 1）
荷重（/INIVEL）
初期体積の定義（/INIVOL）
無限平面（/SURF/PLANE）
流体構造接触（/INTER/TYPE18）

入力ファイル

Before you begin, copy the file(s) used in this example to your working directory.

RD-E-5000_Inivol_FSI.zip

モデル概要

構造コンテナを完全に囲む六面体メッシュを作成します。六面体メッシュのメッシュサイズは構造メッシュのサイズの1/2にする必要があります。理想的には、衝撃方向では、六面体メッシュを構造メッシュサイズの1/4にすることも必要です。簡単にするために、このモデル内の六面体メッシュは1/4メッシュサイズのガイドラインには準拠していません。

一部水の入ったコンテナの1mの高さからの落下をシミュレートします。コンテナには水と空気が入っています。

境界条件

六面体メッシュの各外側面は、側面に垂直な方向の変位を避けるように拘束されます。例えば、六面体メッシュの上部と下部はz並進自由度で拘束されます（図 2）。他の4つの側面に対しても同じことが行われます。1mから落下した場合の衝撃時の速度は4429mm/sになります。シミュレーションは衝撃の直前から開始されるため、4429mm/sの初速度がコンテナと流体六面体メッシュに適用されます（図 2）。

単位： mm、s、Mg、N、 MPa

1つの/MAT/LAW51カードで、3種類の相を定義できます。2つの相は、水と空気です。

空気は、/MAT/LAW6副材料を使用して以下の特性で定義されます：

EoS_Options_input (IDEAL_GAS)
参照密度: 1.22e-12
初期密度: 1.22e-12
比熱比（Gamma）: 1.4
初期圧力（P0）: 0.1

水は、/MAT/LAW6副材料を使用して以下の特性で定義されます：

EoS_Options_Input (LINEAR)
初期密度: 1e-9
初期圧力（P0）: 0.1013
体積弾性率（B）: 2089.0

Euler_Lagrange連成（CEL）インターフェース

流体と構造間の接触を定義するために、次のように、粘弾性ペナルティ定式化/INTER/TYPE18インターフェースが定義されます：

メインはLagrange構造です。
セカンダリはALE流体節点です。

ギャップはインターフェースギャップです。推奨値は、1.5 *接触部分に対する法線方向に沿った流体要素のサイズです。

接触剛性の計算：(1)

S t f v a l = \frac{ρ \cdot v^{2} \cdot S_{e l}}{G a p}

ここで、

$ρ$

（最も高い）流体密度

$υ$

速度。

非圧縮モデル（着水やスロッシングなど）の場合は、そのイベントの速度を使用します。
圧縮性だが、超音速ではない場合は、材料中の音速を使用します。
圧縮性で遷音速（Mach 0.8～1.0）の場合は、項 $ν^{2}$ を右記に置き換えます； $v \cdot c$
ここで、

$υ$

材料の音速

$c$

空気中の音速
圧縮性で超音速の場合は、そのイベントの速度を使用します。
爆発の場合は、Chapman Jouguet速度を使用します。

$S_{e l}$

Lagrange要素の表面積平均

$G a p$

上で定義したインターフェースギャップ

この例題の場合：(2)

G a p = 1.5 f l u i d \begin{matrix}  \end{matrix} e l e m e n t \begin{matrix}  \end{matrix} s i z e = 1.5 \times 2.5 = 3.75 [mm]

(3)

S t f v a l = \frac{ρ \cdot v^{2} \cdot S_{e l}}{G a p} = \frac{1 \times 10^{- 9} \times 4429^{2} \times (5 \times 5)}{3.75} = 0.131

シミュレーションの反復とモデリング

/INIVOLを使用したコンテナの充填

/INIVOLを使用すれば、このパートで水位線を定義できます。

(1)	(2)	(3)	(4)	(5)
/INIVOL/`part_ID`/`inivol_ID`
`inivol_title`
`surf_ID`	`ALE_PHASE`	`FILL_OPT`	`ICUMU`	`FILL_RATIO`
`surf_ID`	`ALE_PHASE`	`FILL_OPT`	`ICUMU`	`FILL_RATIO`
同様	同様	同様	同様	同様
`surf_ID`_n	`ALE_PHASE`	`FILL_OPT`	`ICUMU`	`FILL_RATIO`

part_ID

ALE六面体メッシュのパートID

surf_ID_n

3節点または4節点のサーフェスのみ、または/SURF/PLANE

ALE_PHASE

複合材料ALEの位相

FILL_OPT

= 0: 法線方向に沿った側面の充填
= 1: 法線方向の反対側面の充填

図 3.

ICUMU

前の材料を取り除き、新しい材料または混合材料を充填

FILL_RATIO

充填材料の割合

/INIVOLでは、初期体積率の最終設定を取得するための初期背景複合材料ALEメッシュの連続充填アクションが使用されます（3つのコンテナと3つのALE相）。最初は、体積が/MAT/LAW51フィールドで定義された最初の材料で満たされます。この場合は、最初の材料が空気であるため、六面体メッシュ全体がまず空気で満たされます。次に、コンテナパートIDからサーフェスが定義されます。

/SURF/PART/998
Vessel_Surf_Part
      85

コンテナパートのサーフェス法線が外側を向いているため、FILL_OPT = 1を使用してコンテナ内に水（相3）を満たします（サーフェスの法線方向とは逆向きの側面の充填）。

/INIVOL/86/10003507
INIVOL                 
#  Surf_ID ALE_PHASE  FILL_OPT     ICUMU          FILL_RATIO
       998         2         1         0                 0.0

これで、ALEメッシュがコンテナの外側では/MAT/LAW51からのALE材料1（空気）で、コンテナの内側では材料3（水）で満たされます。最後に、平面/SURF/PLANEを定義して充填高さを定義します。この平面の法線は上を向いているため、FILL_OPT = 0を使用して平面上に空気（相2）を満たします（法線方向の側面の充填）。

#  Surf_ID ALE_PHASE  FILL_OPT     ICUMU          FILL_RATIO
      9999         1         0         0                 0.0

初期充填をチェックするために、Engineファイルで次のアニメーションオプションを使用できます。

/H3D/ELEM/DENS
/H3DE/ELEM/VFRAC

モデルをコンター表示し、切断面を使用して内側を確認することも、図 5のようなアイソサーフェスを使用することもできます。

エンジン制御

計算を安定させるために/DT/ALE内でALEの時間ステップスケールファクター0.5の使用を推奨します。

結果

コンテナ内の水の動きを確認するには、結果タイプ‟密度”のアイソサーフェスプロットを行います。HyperViewで単純な平均化手法が使用されている場合は、結果がより滑らかになります。

シミュレーションの最後で水がコンテナの側面で跳ね上がり始めています。