流固耦合問題是流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學 （Computational  Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學分支，同時也是多學科或多 物理場研究的一個重要分支， 它是研究可變形固體在流場作用下的各種行為以及固體變形對流 場影響這二者相互作用的一門科學。

流固耦合問題可以理解為既涉及固體求解又涉及流體求解， 而兩者又都不能被忽略的模擬

問題。因為同時考慮流體和結構特性，流固耦合可以有效節約分析時間和成本，同時保證結果更接近于物理現象本身的規律。 所以， 近年來流固耦合分析在工程設計特別是虛擬設計和仿真中的應用越來越廣泛和深入。

 

                                                                   立柱在風載下大變形

 

 ANSYS 很早便開始進行流固耦合的研究和應用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和

功能已相當成熟，可以通過或者不通過第三方軟件（如 MPCCI）實現 ANSYS Mechanical  

APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。

從算法上講，ANSYS（也包括其他大型商業軟件）主要采用分離解法也就是載荷傳遞法

求解流固耦合問題。但從數據傳遞角度出發，流固耦合分析還可以分為兩種：單向流固耦合分析（oneway coupling 或 unidirectional  coupling）和雙向流固耦合分析（twoway coupling 或bidirectional coupling）。其中，雙向耦合因為求解順序的不同又可分為順序求解法（Sequential solution）和同時求解法（Simultaneous  solution），下圖簡單概括了基于 ANSYS 的耦合分析。

                                                           ANSYS 耦合分析分類

 

 

                                                                耦合計算中數據的流向

 

                                                              ANSYS流固耦合可行性設置方式

 

                                                               單向流固耦合設置流程

 此分析方法可以被應用于所有的單向流固耦合問題的分析, 比如水泵、壓縮機、風扇、吹風機、 渦輪、膨脹器、渦輪增壓器和鼓風機等等。其在應用上具有普遍性, 操作上具有簡易性。

單向計算可以使用瞬態或穩態，雙向計算通常為瞬態計算。注意固體，流體和耦合計算的時間步長必須保持一致。同時需要關閉結構的auto time stepping。

 

步驟：

1、創建幾何模型，需要同時創建固體模型與流體模型

2、在Workbench中搭建流固耦合流程

一、流體求解設置

 

(1) 網格劃分:抑制固體,對流場區域的網格進行劃分,并進行邊界命名,包括入口、出口等。

(2) 求解設置

(3) 動網格區域設置

(4) 時間步控制

二、結構求解設置

 

(1) 網格劃分。抑制流體區域網格,對結構網格進行劃分,并重命名。

(2) 約束和邊界設置。

三、流固耦合System Coupling設置

 

(1) 耦合求解時間設置。包括時間步,總計算時間等。

(2) 定義流固數據傳遞。如：流體向固體傳遞力的數據,固體向流體傳遞位移數據等。

四、仿真結果

流體中主要查看流場改變，固體中主要查看位移、應力及應變信息。