1 多物理場耦合分析的分類

不同數據間的插值法：這是目前較為常見的方法，固體計算多采用有限元，流體多采用有限體積法。在不同的軟件和不同的方法之間通過網格數據的插值實現壓力、溫度、位移等場變量的交換，據說ANSYS和CFX之間可實現這一功能。比較強大的還是MpCCI，可以建立大多數固體軟件和流體軟件之間的借口，不僅能實現一般流固耦合問題的數據交換，在航空航天領域的氣動彈性方面也很強大，不過目前完全數值計算的方法在氣彈問題應用中并不十分廣泛，但MpCCI好像很難搞到盜版的，讓很多人很受傷。

統一求解的耦合法：該耦合法是指在同一計算環境下實現多物理場下多個變量的同時計算。當然耦合也有順序耦合與完全耦合之分。要實現這一耦合就目前來說必須要保證算法的統一。ADINA號稱專為多物理場耦合而生，它采用完全的有限元法來處理所有問題。用有限元法來處理流體計算顯然效率低下，且是其戰績并不輝煌，據說在氣彈和熱氣彈領域還沒有成功的案例，在一般的耦合計算領域不是很清楚，不敢妄加定論！

2．Star CCM+的耦合能力

CCM+的耦合功能主要可分為兩類：

第一即是通過數值的交換與其它軟件建立聯系，實現多物理場的耦合，包括應力分析、熱應力分析、以及噪聲分析等的耦合。因為其自帶的接口很容易實現不同軟件之間數據的傳遞與插值，因此省去了類似MpCCI這樣的中間接口。個人用過Star CCM+與Abaqus之間的數據傳遞，當用Star CCM+計算的結果如表面壓力場或溫度場之類的數據傳送給Abaqus時較為便利，只需要輸出一個載荷文件，然后在Abaqus中的inp文件中添加載荷的語句就可以方便的使用；但是當使用Abaqus生成的數據ODB文件傳向CCM+時卻從未成功，據說這是因為使用的Abaqus軟件是盜版的。

第二就是在CCM+環境下基于完全的有限體積法實現的耦合分析，可以是穩態的耦合，也可以是瞬態的。由于是完全的有限體積法，因此固體結構只能使用體單元，即便是工程上常見的薄壁結構也只能如此，為保證網格質量和計算結果的精度，這會帶來較多的網格單元。因為有限體積法不具備有限元法那樣的插值函數，就不存在梁、殼這樣的單元，這也是有限元基于消元求解的計算效率相對低下而仍然無可替代的主要原因吧。

該實例所要演示的是一個簡單的軸流風扇（自己畫的）的流固耦合，在CCM+集成的環境下的有限體積法求解流固耦合問題，即將流體計算的分布壓強施加在固體上，這里不考慮溫度場，也不刻意去追求求解的精度，使問題得到簡化，達到拋磚引玉之效。

3 實例

如圖是一個軸流風扇，以一定的轉速轉動，為了求解定常問題，需要使用MRF，即中間的流體區域設為MRF，兩端與之使用interface連接。除了這三個流體區域之外還有葉片的固體區域，固體區域雖然在MRF區域之間，但無需定義MRF，定義了也無意義。

首先需要在模型中分別創建流體和固體的物理模型，流體這里就不贅述了，而固體創建的時候的選擇如下圖，注意這里不考慮溫度，若需要考慮的話還要選擇相應求解器對應的能量方程，如Segregated Solid Energy或Coupled Solid Energy。

在模型樹中定義固體的固體計算相關的材料參數，楊氏模量、泊松比和密度(這里可沒有)。流體的定義不再贅述。

流體邊界條件定義，定義壓力邊界的入口和出口，還有MRF區域與兩端區域之間的interface，固體與流體之間的interface，當然在CCM+中為了便于網格劃分以及網格的連續性，通常在劃分網格前定義interface更好。固體邊界的定義如下圖，這里固定約束風扇定子的一個面，如圖紅色所示，在Stress/Displacement下，選擇Fixed。

求解設置，這里僅考慮的是小變形問題，也就是說不考慮由于葉片變形對流場變化的影響，因此使用完全的順序耦合，即先計算流場，把壓力傳遞給固體后再計算應力場。所以在最初的迭代中只計算流體，將求解器設置中的固體應力下的求解器暫時抑制，待流場計算收斂之后將有關流體的所有求解器全部抑制，只打開固體計算的求解器，就可以計算應力與位移了。

在計算結果中選擇Solid Stress Equivalent，等效應力，這個就是Abaqus中的Mises應力了。