流固耦合（fluid solid interaction，簡(jiǎn)稱FSI)，是將計(jì)算流體力學(xué)（CFD）與計(jì)算固體力學(xué)（CSM）結(jié)合在一起計(jì)算固體在流體作用下應(yīng)力應(yīng)變及流體在固體變形影響下的流場(chǎng)改變。

1、流固耦合模型和網(wǎng)格劃分

    建立計(jì)算模型時(shí)，需要同時(shí)創(chuàng)建固體模型與流體模型。有問題可以交流，QQ:1036022080。

    固體模型：

    1、上邊矩形框：中心矩形孔為20mm*10mm，方框邊界為2mm，也就是說整體矩形框尺寸為24mm*14mm。矩形框厚度為1mm。
    2、下邊薄膜尺寸為24mm*14mm，與矩形框正好貼合，其中薄膜一側(cè)與矩形框一側(cè)有粘貼在一起的約束。薄膜厚度為60μm。

     

    

2、流固耦合計(jì)算類型

    從耦合松緊來說，分為強(qiáng)耦合與弱耦合；從數(shù)據(jù)流動(dòng)方向來分，可分為單向耦合與雙向耦合。目前絕大部分流固耦合計(jì)算軟件，都是弱耦合；很多軟件可以做雙向流固耦合，如fluent+mechanical，CFX+ mechanical等，通常能做雙向耦合的軟件組合都可以做單向耦合。本次采用fluent+mechanical的耦合計(jì)算方式。數(shù)據(jù)流如下：

3、耦合計(jì)算中數(shù)據(jù)的流向

    數(shù)據(jù)可以從CSM流向CFD，也可以從CFD流入CSM，但是在計(jì)算中，會(huì)存在一個(gè)時(shí)間步的時(shí)滯。

                                                                     圖1 單向耦合

                                                                     圖2 雙向耦合

    圖1為單向耦合數(shù)據(jù)流向，流體分析將壓力分布結(jié)果傳輸給固體計(jì)算，固體計(jì)算結(jié)果并不返回任何數(shù)據(jù)給流體程序。

    圖2為雙向耦合數(shù)據(jù)流向，流體計(jì)算將壓力傳遞給固體計(jì)算，固體計(jì)算程序?qū)⒐?jié)點(diǎn)位移返回給流體程序以更新流場(chǎng)。

4、設(shè)置數(shù)據(jù)傳遞方式

    通過設(shè)置流體和結(jié)構(gòu)的fluid-solid interface的形式，所有需要傳遞的數(shù)據(jù)均在此交界面上進(jìn)行插值傳遞。

5、流固耦合計(jì)算類型

    單向計(jì)算可以使用瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)，雙向計(jì)算通常為瞬態(tài)計(jì)算。注意固體，流體和耦合計(jì)算的時(shí)間步長必須保持一致。同時(shí)需要關(guān)閉結(jié)構(gòu)的auto time stepping。當(dāng)然在一些軟件，如adina中，只有一個(gè)時(shí)間步概念，采用流體時(shí)間步，它的固體計(jì)算自動(dòng)采用與流體時(shí)間步保持一致。

    流體計(jì)算設(shè)置；結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)置；耦合計(jì)算設(shè)置；

6、計(jì)算結(jié)果查看

    流體中主要查看流場(chǎng)改變，固體中主要查看位移、應(yīng)力及應(yīng)變信息。

    流體：速度，壓力。

    速度云圖：

    壓力云圖：

    結(jié)構(gòu)：變形情況。

    薄膜變形：