关于ABAQUS 在流固耦合方面的应用
左 辉 阚玉红 黄彦
中国兵器工业第二零八研究所 北京 102202
摘 要：针对 ABAQUS 有限元分析软件中的流固耦合功能，简述了其中理
想气体状态方程的各参数含义以及流固耦合的分析要点。文章通过ABAQUS 仿
真分析和理论数值解的对比，证明了ABAQUS 软件计算理想气体状态方程的可
信性，最后介绍其在某产品上的分析应用。
关键词： 理想气体方程 流固耦合 ABAQUS
前言
随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合
模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理
想气体状态方程的功能和应用。为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体
压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状
态变化曲线 (仿真曲线)；然后通过Matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，
并获得数值解(理论曲线)。将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻
合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。在此基础上，将其用在某产
品上的流固耦合分析。
1 理想气体方程的参数含义
在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：
p p R ( ) (1)
a z
其中： ：气体压强的增量，初始增量为零，ODB 文件输出的压强
p
5
p a ：初始的气体压强，标准大气压为1.01310 Pa
：气体密度，这里设为1.17kg / m3
R ：气体常数，这里为287
：气体温度，初始温度设为20 ℃，ODB 文件输出的温度
z ：绝对温度的零值，这里为-273 ℃
在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1 所示
图1 定义系统的绝对零度
2 ABAQUS 仿真
建立如图2 所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。
假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且
活塞以一定的速度向前运动。
图2 气体未压缩和压缩后体积的变化
在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp 文件的关键字实现，
经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。其定义过程为：
*******************为气体分配材料属性**********************
*Initial Conditions, type=VOLUME FRACTION
Set-inner-gas, gas- 1.gas-inner, 1.
******************定义气体的欧拉接触面********************
*Surface, type=EULERIAN MATERIAL, name=inner-gassurface
gas- 1.gas-inner
******************定义活塞和气体之间的接触******************
*Contact Inclusions
inner-gassurface,Surf-contact-huosai
***************************************************
通过仿真计算后，在压缩终结束时刻，气体的压强和温度如图3 和图4
所示。
图3 压缩结束时，气体压强p
图4 压缩结束时，气体温度
3
