在ANSYS中，可以直接采用CFX和Mechanical的FSI耦合，實(shí)現(xiàn)薄殼類對(duì)象的結(jié)構(gòu)變形和流場(chǎng)的耦合。本案例演示在ANSYS 18.0環(huán)境下，CFX+Mechanical求解降落傘流固耦合的基本操作流程。

問(wèn)題描述

本案例要計(jì)算的模型如下圖所示，為典型的降落傘流固耦合問(wèn)題。演示如何通過(guò)CFX + Mechanical，模擬薄膜一類的對(duì)象的受力和變形。代表降落傘傘衣的薄膜假設(shè)為彈性材料，因?yàn)镸echanical暫時(shí)沒(méi)有纖維材料模型。降落傘系留的載荷為一個(gè)流線體外形（如果采用鈍頭體外形，則產(chǎn)生的尾流將會(huì)與降落傘干擾，導(dǎo)致流場(chǎng)收斂困難以及周期延長(zhǎng)，不適合立竿見(jiàn)影的演示內(nèi)容）。

案例所需的文件為Spaceclaim格式幾何文件，已經(jīng)集成在sc_parachute.wpbz文件中，下載鏈接：http://pan.baidu.com/s/1mhZuZP2 密碼：lbut

啟動(dòng)Workbench

打開(kāi)sc_parachute.wpbz工程文件后，可以看到工作區(qū)由Static Structural，CFX和System Coupling組成，Static Structural的Geometry和CFX的Geometry相連，CFX的Setup和System Coupling的Setup連接。

幾何準(zhǔn)備

把幾何部件按照Mechanical/Structural和CFX/Fluid分類為獨(dú)立的part；

把傘衣曲面（Surface）復(fù)制到Fluid中，如圖。在SpaceClaim中，要把“Share Topology”設(shè)為“Merge”，這樣當(dāng)Structural部分開(kāi)始生成網(wǎng)格時(shí)，對(duì)應(yīng)的Fluid中的傘衣曲面就會(huì)從Structural中分離出來(lái)。

Mechanical設(shè)置

在Mechanical中，打開(kāi)Surface不會(huì)自動(dòng)連接，即便它們?cè)谝粋€(gè)part中。打開(kāi)Static Structural的Setup，在Mechanical中用mesh edit 操作，把傘衣曲面的連接點(diǎn)合并，如圖。

在Static Structural下，添加“Fluid Solid Interface”，幾何對(duì)象選取6個(gè)傘衣曲面，如圖。

在載荷的吊掛點(diǎn)（傘繩匯聚點(diǎn)），設(shè)置一個(gè)向下的拉力，大小100N，等于載荷的重量，如圖。

在降落傘頂孔的6段圓弧邊上，設(shè)置位移=0的條件，即頂孔固定，如圖。頂孔固定是常用的處理手段，避免因?yàn)閿?shù)值非對(duì)稱（如網(wǎng)格非對(duì)稱）引起頂孔的非物理晃動(dòng)。

關(guān)閉Static Structural設(shè)置。

CFX設(shè)置

打開(kāi)CFX的Setup，雙擊“Default Domain”，選中“Mesh Deformation”功能，如圖。

選擇6個(gè)傘衣曲面，設(shè)置wall邊界條件，把mesh motion設(shè)為由system coupling驅(qū)動(dòng)。

在整個(gè)圓柱計(jì)算域的上、下端面分別設(shè)置Outlet和Inlet邊界條件。

如前所述，載荷重量固定為100N，通過(guò)Workbench參數(shù)“PayloadWeight”從Mechanical傳給CFX。

在計(jì)算過(guò)程中，CFX將調(diào)整來(lái)流速度，使得降落傘阻力能與載荷重量平衡，并借此計(jì)算傘-載荷系統(tǒng)的最終速度。

System Coupling設(shè)置

雙擊“System Coupling”的“Setup”， “Analysis Settings”定義了耦合計(jì)算的總步數(shù)，以及每一步耦合計(jì)算中，Mechanical和CFX求解器需要運(yùn)行的迭代數(shù)。

網(wǎng)格的變形量是從Mechanical傳遞給CFX，力從CFX傳遞給Mechanical，如圖：

明確CFX比Mechanical先運(yùn)行，如圖：

運(yùn)行計(jì)算

點(diǎn)擊“System Coupling”中“Solution”上的Update，開(kāi)始耦合計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果

傘衣變形和繞降落傘流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果如圖所示。

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