在ABAQUS中用SPH模拟倒酒过程，超有趣的小探索

原创于 2025-11-16 20:30:00 发布 · 665 阅读

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ABAQUS模拟倒酒过程，酒用sph模拟

最近在玩ABAQUS，突发奇想试试模拟倒酒过程，酒用SPH（光滑粒子流体动力学）方法来模拟，那效果简直绝了，跟大家分享分享我的折腾经历。

为啥选SPH模拟酒？

SPH这种方法对于模拟自由表面的流体运动超合适，像倒酒的时候，酒从瓶子里流出来，形成各种不规则的液面变化，SPH就能够很好地捕捉这些细节。不像传统的基于网格的方法，在处理大变形和自由表面问题时会遇到各种网格畸变的麻烦，SPH是无网格的，通过离散的粒子来描述流体，灵活性高太多了。

ABAQUS里怎么搞SPH模拟倒酒

模型建立：首先得创建一个装酒的容器和酒瓶模型，这部分就常规操作，在Part模块里画好实体。比如酒瓶，简单的旋转体，可以用如下Python脚本在ABAQUS里快速创建（假设使用的是Abaqus Python API）：

from abaqus import *
from abaqusConstants import *
# 创建部件
mdb.models['Model-1'].Part(name='Bottle', dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)
bottle = mdb.models['Model-1'].parts['Bottle']
# 创建草图
s = mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__', sheetSize=200.0)
g, v, d, c = s.geometry, s.vertices, s.dimensions, s.constraints
# 绘制酒瓶截面草图
s.ConstructionLine(point1=(0.0, 0.0), point2=(0.0, 100.0))
s.Line(point1=(0.0, 0.0), point2=(10.0, 20.0))
s.Line(point1=(10.0, 20.0), point2=(8.0, 80.0))
s.Line(point1=(8.0, 80.0), point2=(0.0, 100.0))
# 旋转生成酒瓶实体
bottle.BaseSolidOfRevolution(sketch=s, angle=360.0, flipRevolveDirection=OFF)

这里就是先创建一个部件，再在草图里画好酒瓶的截面轮廓，最后通过旋转操作生成酒瓶的三维实体。

定义材料属性：对酒这个流体，要定义其材料属性。在Property模块里，给流体定义密度、黏度等参数。比如酒的密度假设为980 kg/m³ ，黏度设为0.001 Pa·s ，代码定义如下：

mdb.models['Model-1'].Material(name='Wine')
mdb.models['Model-1'].materials['Wine'].Density(table=((980,),))
mdb.models['Model-1'].materials['Wine'].Viscosity(table=((0.001,),))

这样就简单定义好了酒的基本材料属性。

划分SPH粒子：这是关键步骤。在Mesh模块里，对代表酒的区域进行SPH粒子划分。要设置好粒子的大小等参数，粒子大小会影响模拟的精度和计算量。比如设置粒子大小为2mm ，像这样：

part = mdb.models['Model-1'].parts['WinePart']
elemType1 = mesh.ElemType(elemCode=SPH, elemLibrary=STANDARD)
part.setElementType(regions=(part.cells,), elemTypes=(elemType1,))
part.seedPart(size=2.0, deviationFactor=0.1, minSizeFactor=0.1)
part.generateMesh()

这里先定义了SPH单元类型，然后对酒的部件设置种子大小进行网格划分（这里的网格其实就是SPH粒子分布啦）。

设置边界条件和载荷：在Assembly模块里把各个部件组装好，然后在Load模块设置边界条件。比如酒瓶倾斜一定角度模拟倒酒动作，可以通过给酒瓶施加旋转位移边界条件。假设酒瓶绕某个轴旋转10度，代码如下：

step = mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Pouring', previous='Initial')
region = mdb.models['Model-1'].rootAssembly.instances['Bottle-1'].sets['BottleSet']
mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='Tilt', createStepName='Pouring', region=region, 
    u1=UNSET, u2=UNSET, u3=UNSET, ur1=10 * pi / 180, ur2=UNSET, ur3=UNSET, amplitude=UNSET, 
    fixed=OFF, distributionType=UNIFORM, fieldName='', localCsys=None)

这里就是在一个静态分析步里，对酒瓶的特定区域施加绕某个轴10度的旋转位移。

模拟结果与分析

跑起来模拟后，看着酒从瓶子里缓缓流出，那动态效果真的很逼真。通过后处理模块，可以观察酒的流速、液面高度变化等。从模拟结果能看到，刚开始倒酒时，酒在瓶口附近流速较快，随着酒流出，酒瓶内液面逐渐下降。这和我们现实中倒酒的观察很相符，说明SPH方法在模拟这种复杂自由表面流体运动上真的很靠谱。而且通过调整粒子大小、材料参数等，还能进一步优化模拟效果，得到更贴近实际的倒酒过程展示。

总之，用ABAQUS结合SPH模拟倒酒过程，不仅好玩，还能加深对流体运动模拟的理解，大家也赶紧试试吧！