외팔보(Cantilever Beam)
개요
본 예제는 정상상태 비압축성 유동해석 예제이다. 입구 영역에서 유입되는 공기에 의해 외팔보(Cantilever Beam)가 변형되는 정도를 확인하는 1-way FSI(Fluid Structure Interaction) 예제이다.
외팔보는 두께 5mm, 길이 50mm, 높이 150mm이다. 절반만 모델링하여 대칭(Symmetry) 경계 조건을 부여한다.
아래 그림에서 형상과 격자를 나타내었다.
계산 조건은 다음과 같다.
- 솔버 : buoyantSimpleNFoam
- 난류 모델 :
밀도 : 1.225 점성 계수 : 1.79e-5 유동 조건 : inlet에서 80
프로그램의 구동 및 격자
프로그램 실행 후 [새 계산(New Case)]를 선택한다. 시작 창에서 [솔버 유형(Solver Type)]은 [압력기반(Pressure-based)]를, [다상유동 모델(Multiphase Model)]은 [None]을 선택한다.
격자는 주어진 polyMesh 폴더를 활용한다. 상단 탭에서 [파일(File)]-[격자 불러오기(Load Mesh)]-[OpenFOAM]을 순서대로 클릭하고 polyMesh 폴더를 선택한다.
기본조건(General)
본 예제에서는 디폴트 조건을 사용한다.
모델(Models)
본 예제에서는
난류 모델을 사용한다.
물질(Materials)
본 예제에서는 공기의 물성값을 사용한다.
경계조건(Boundary Conditions)
아래와 같이 경계면 타입과 경계값을 설정한다.
- Hex6_1_xMin : velocity Inlet
- Velocity Specfication Method : Magnitude, Normal to Boundary
- Profile Type : Constant
- Velocity Magnitude : 80 (m/s)
- Turbulent Intensity : 1 (%)
- Turbulent Viscosity Ratio : 10
- Hex6_1_zMax : velocity Inlet
- Velocity Specfication Method : Component
- Profile Type : Constant
- X-Velocity : 80 (m/s)
- Y-Velocity : 0 (m/s)
- Z-Velocity : 0 (m/s)
- Turbulent Intensity : 1 (%)
- Turbulent Viscosity Ratio : 10
- Hex6_1_xMax : Pressure Outlet
- Total Pressure : 0 (Pa)
- Hex6_1_yMin, Hex6_1_yMax : Symemtry
- cantileverBeam_surface_0, Hex6_1_zMin : Wall
- Velocity Condition : No Slip
수치해석 기법(Numerical Conditions)
본 예제에서는 아래와 같이 설정을 변경한다.
- 압력-속도 연성기법(Pressure-Velocity Coupling Scheme) : SIMPLEC
- 이산화 기법(Discretization Scheme)
- 운동량 : 2차 상류기법(Second Order Upwind)
- 난류 : 1차 상류기법(Second Order Upwind)
- 완화계수(Under-Relaxation Factors)
- 압력 : 0.9
- 운동량 : 0.9
- 난류 : 0.9
- 수렴 판정 기준(Convergence Criteria)
- 압력 : 0.001
- 운동량 : 0.001
- 난류 : 0.001
모니터(Monitor)
본 예제에서는 외팔보에 걸리는 힘을 모니터링한다. [추가(Add)]-[힘(Forces)] 창의 경계면에서 cantileverBeam_surface_0을 선택한다.
이후, [추가(Add)]-[면(Surface)]를 선액하고 아래 그림과 같이 설정한다.
초기화(Initialization)
다음과 같이 초기값을 설정한다.
- 속도(Velocity)
- X-속도 : 80 (m/s)
- Y-속도 : 0 (m/s)
- Z-속도 : 0 (m/s)
- 압력(Pressure)
- 0 (Pa)
- 난류(Turbulence)
- 속도 크기 : 80 (m/s)
- 난류 강도 : 0.1 (%)
- 난류 점도 비율 : 10
값을 입력하고 하단의 [초기화(Initialize)] 버튼을 클릭한다.그 후, 메뉴의 [파일(File)]-[저장(Save)] 버튼을 클릭하여 저장한다.
계산
메뉴의 [병렬연산(Parallel)]-[환경설정(Environment)]를 클릭하고 원하는 코어수를 입력한다.
[계산 조건(Run Conditions)]에서 다음과 같이 설정 후 계산을 진행한다.
- [계산회수(Number of Iterations)] : 1,000
- [자동 저장 간격(Save Interval)] : 100
계산이 시작되면 아래와 같이 잔차(residual) 그래프가 그려진다.
후처리
[외부 프로그램(External tools)]-[ParaView] 버튼을 클릭하여 실행한다. 본 예제에서는 외팔보 주변 압력장을 그려본다.
병렬연산이면 [Case Type]을 [Decomposed Case]로 변경한다.
[Slice] 아이콘을 눌러 단면을 자른다.
축 방향은 [Y Normal]로 변경, [Origin]은 (200, 115, 125)로 변경한다.
이후 상단의 p를 p_rgh로 변경한다.
아래 그림과 같은 외팔보 주변 압력 분포가 나오게 된다.
