用MSCNastran进行流固耦合系统的动力学分析ModalAnalysisUsingMSC.PDF

用 MSC.Nastran 进行流固耦合系统的动力学分析 王安平 刘兵山 中国科学院光电研究院 北京 100190 摘要：本文用Nastran2005 对一个流固耦合系统进行了模态分析， 结合一个密闭的薄壁结构模型，给出了分析的一般过程和需要注意的 问题，也给出了该薄壁结构的模态频率、空腔系统的声学模态频率， 以及耦合系统中，结构和空腔的声学模态频率和振型的变化。 关键词：Nastran ，流固耦合，声学 Modal Analysis Using MSC.Nastran for Coupled Fluid-Structure System WANG Anping, LIU Bingshan Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing , 100190 China Abstract ：The paper introduced the modal analysis method for the coupled fluid-structure (CFS) system using MSC.Nastran2005. Combined the model of a sealed laminated structure, analytical approach and watchful items are presented. And making use of the MSC software, the structure modal analysis and the cavity acoustic modal analysis of the CFS system are simulated. Keywords: Nastran, Coupled fluid-structure, Acoustics 0 前言 流固耦合法广泛应用于声学和噪声控制领域，如发动机的噪声控制。对空腔 结构( 比如汽车车室、宇宙飞船船舱)进行流固耦合分析，可以知道耦合作用对系 统模态的影响，可为研究耦合系统的声学特性提供可靠的理论和试验依据。 之前的文献中[1]，为得到流固耦合系统的计算模型，往往要对 .bdf 文件进 行复杂的手工修改，容易出错，且不方便。本文对一个空腔结构，用Patran2005 建模，完成了流固耦合模态分析，过程简便，且不易出错。 1 建模 一个圆台形的密封薄壁空腔结构，上底面半径为0.3m，下底面半径为0.2m， 壁厚为0.001m，上下底距离为0.7m，材料为铝合金。 用4 结点体元划分空腔，空腔声学系统的模型如图1 所示，单元尺寸约0.1m， 含1637个体元；用3 结点壳元划分薄壁结构，模型如图2 所示，单元尺寸约0.05m， 含1631 个壳元。 Nastran 在计算时，要求流体的单元尺寸要大于结构单元的尺寸，以保证流 体模型界面上的结点都能够与结构单元的结点耦合。在建立流固耦合模型时，先 建立空腔模型，然后细化薄壁结构模型。 图1 空腔网格 图2 结构网格 2 材料属性及单元属性 定义结构的壳元材料和单元属性时，步骤和方式与一般Nastran 使用过程一 样。 在Patran2005 中，有定义流体材料的选项。在Material 的Object 下拉菜单中， 3 选择Fluid ，定义空气的体积模量为141600 Pa，质量密度为1.29 kg/m ，无需定 义声速。 3 结构及空腔的模态分析 分别对结构及空腔进行模态分析，求解器为SOL103，表1 和表2 给出结构 及空腔的部分模态频率分析结果。结构的前6 阶模态频率为0，对应结构的刚体 模态。空腔的第1 阶模态频率为0，空腔