TCFD軟件現已全面升級為TCAE軟件，升級后軟件包括TMESH、TCFD、TFEA等功能模塊，在同一個軟件界面中可以快速便捷的進行網格劃分、流體仿真計算、結構強度仿真計算、流固耦合仿真計算及后處理等工作，能夠大幅提升仿真分析工作效率。

下面將對采用TCAE進行的懸臂球體流固耦合計算案例進行介紹。

Beam-Ball 流固耦合分析

 本文采用TCAE軟件對懸臂梁上球體在氣流作用下的變形情況進行了流固耦合仿真分析。球體及梁模型如下圖所示：

基本參數如下：

氣流速度:30 m/s	梁及球體材料:steel
物理模型:incompressible	材料密度:7800 kg/m^3
介質:air	材料結構:isotropic
動力粘度:1.8 × 10^5 Pa?s	楊氏模量:2.1E11 Pa
空氣密度:1.2 kg/m^3	泊松比:0.3
湍流強度:1%	湍流模型:k-omegaSST

將Beam-ball模型文件導入TCAE軟件中，進行網格劃分及流固耦合仿真計算。所有的網格劃分及仿真設置均在TCAE圖形界面中完成。TCAE模擬工作流程是完全自動化的，在設置完網格參數、流體邊界及結構模型約束、材料屬性等條件后，可以一鍵啟動全部仿真計算，并生成相應分析報告。

TCAE由不同的軟件模塊組成。數值模擬順序如下：模型→CFD網格→FEA網格→CFD模擬→FSI→FEA模擬→報告。軟件中TMESH模塊創建適用于CFD和FEA的網格從而為仿真做準備。TCFD模塊運行CFD模擬并輸出CFD結果報告。TFEA模塊進行FSI轉換，運行FEA模擬，并輸出FEA結果報告。由于模型為對稱模型，仿真中采用一半模型進行計算。

CFD網格

 

 在軟件TMESH模塊中創建了CFD的計算網格。流體域模型采用笛卡爾網格作為初始背景網格，并根據模型進行貼體細化處理，并添加邊界層網格，最終流體域共生成了489,620個網格。

流體域模型及網格情況如下：

FEA網格

 在軟件TMESH模塊中創建了FEA的計算網格

點數：63135	最短邊：0.000378[mm]	邊緣之間最大角度：145.514 [deg]
元素數：189666	最長邊：0.010111[mm]	面之間的最小角度：4.94836 [deg]
表面元素數量：124742	邊緣之間的最小角度：6.97633 [deg]	面之間的最大角度：169.359 [deg]

CFD數值模擬建立

CFD仿真由TCAE軟件中TCFD模塊進行。

時間項: 穩態	壁面處理:壁面函數
物理模型:不可壓	壁面處理:壁面函數
壁面粗糙度: 無	工質: Air
入口: 速度30 m/s	參考壓力: 1atm
出口: 靜壓0 Pa	動力粘度: 1.8× 10^5 Pa?s
湍流模型:k-omegaSST	氣體密度: 1.2kg/m^3

FEA數值模擬建立

   

FEA仿真由TCAE軟件中TFEA模塊進行。    
 

梁及球的材料：鋼	材料密度：7800 kg /m^3	材質結構：各向同性
楊氏模量：2.1E11 Pa	泊松比：0.3	約束：梁底部固定

數值計算

   

進行網尺寸、流體仿真及結構仿真條件設置后，可以一鍵啟動全部計算，軟件將自動進行流體域、固體域網格劃分，流體仿真計算，數據轉換，結構仿真計算，結果處理及報告生成等工作。

結果對比

 該Beam-Ball問題能夠根據力學方程得到解析解，理論結果和TCAE數值解的對比如下表所示：

	理論解	TCAE數值結果
最大變形[mm]	26.60	27.75
最大應力[MPa]	83.78	92.48

其中最大變形相差大約5％，最大應力相差約10％，具有較高的仿真精度，符合預期效果。

下圖顯示了變形的梁應力大小和位移大小（其中變形放大十倍，以更好地顯示變形效果）。

可以看到通過TCAE進行流固耦合仿真分析，具有較高的分析精度，同時計算設置簡單便捷，軟件能夠自動進行流體及結構仿真數據關聯，降低流固耦合仿真應用門檻，提高仿真工作效率。

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