基于ABAQUS的CEL技术跌落仿真『参考帮助文档』

本文通过对帮助文档的实例进行建模，简单介绍CEL方法的使用：一个装水瓶子的跌落冲击过程仿真——Impact of a water-filled bottle。

1、建模

首先我们来看看模型，如图1所示。有一个装有液体瓶子跌落到地面，瓶子内部95%的体积被液体充满，瓶身采用高密度的聚乙烯材料，帮助文档中瓶子是从离地300mm的地方跌落，小编偷懒任意的给了一个跌落距离。

图1 几何模型示意图

我们通过前面的文章知道，采用CEL技术进行仿真的话需要定义欧拉区域，并且需要定义欧拉材料初始的状态，这里面我们直接下载帮助文档提供的液体和瓶身的*.sat模型，为了能够快速的进行计算，与帮助文档一致，瓶身结构也采用壳单元，小编通过处理倒入Hypermesh进行网格划分，结果如图2所示，完成划分之后以孤立网格形式倒入ABAQUS进行其它处理。

图2 瓶身网格单元

除了瓶身，还需要建立地面模型以及欧拉域，地面很好处理，直接建立600mmx600mm的壳体，然后通过Rigid Body设置为刚体即可；欧拉域建模要求能够覆盖整个流体材料可能的流动区域，本例中直接建立一个300mmx200mmx250mm的欧拉几何体即可，如图3所示。

图3 地面及欧拉模型

最后还有瓶盖，由于瓶盖并非我们所重点关注的结构，所以在装配和接触关系上设置的比较简单，甚至可以不用建模，这在文档中也有简要说明，那么我们就不要瓶盖，最终建立的仿真模型如图4所示。

图4 整体仿真模型

2、材料参数

本例中涉及的材料主要是液体材料模型和瓶身材料模型。根据文档提供各项参数我们依次建立截面属性，其中瓶身塑性变形的数据如表1所示，液体材料参数如表2所示。

表-1、表-2:瓶身塑性变形数据及液体材料参数

3、接触及边界设置

直接采用通用接触分析，如图5所示，其中排除地面与液体的接触。另外将地面设置为刚体，并将其6个自由度全部约束。

图5 接触设置

设置完成之后建立载荷及初始状态模型，很明显主要受重力作用，添加重力加速度；然后对瓶身和液体模型施加-2444mm/s的初速度。

4、初始欧拉材料域

这里面需要用到上面提到的液体几何模型，通过Volume  Fraction Tool实现初始状态材料的分布，我们可以得到这样的操作结果，如图6所示。

图6 定义初始状态的材料形状区域

当然不能忘了网格划分，划分的结果如图7所示，这里不详细讲解。所有设置完成之后，就可以将建立的显式动力学（Dynamic，Explicit）分析步提交求解。

图7 网格划分结果

5、结果

最后可以得到整个跌落过程的模拟动画，有含瓶盖和不含瓶盖的模型，仅供参考，如图8和图9所示。

图8 无瓶盖跌落