單向流固耦合的案例
【年終系列實例EX4】流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算分析
流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算分析
1 實例說明
工業管道系統中經常出現彎管。流體介質流經彎曲管道時，管壁承受流體賦予的壓力。不均勻的壓力分布會對管道產生額外的應力。采用ANSYS CFD單向流固耦合可以計算管道所承受的應力應變。本教程以彎管應力分析為例，描述利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊進行單向流固耦合計算的步驟。
2 計算思路
眾所周知，CFD計算的目的是為了獲取計算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結構有限元計算的目的是為了獲取結構件上應力、應變和位移等物理物理量。單向流固耦合計算的基本思路為：利用CFD軟件計算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構件上，利用有限元軟件計算固體應力應變。
單向流固耦合計算的數據流程如圖1所示。
圖1數據流程
3 計算模型
計算幾何模型如圖所示。
圖2計算幾何模型
圖3 DM中創建的幾何模型（既包含流體，也包含固體）
4流體計算設置
雙擊B3單元格進行流體網格劃分。在mesh中進行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進行網格劃分，采用網格尺寸為5mm，生成的流體計算網格如圖5所示。
圖4邊界命名
圖5流體計算網格
返回至FLUENT中進行流體計算設置。
展開 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算及濕模態分析
濕模態分析實際上是在單向流固耦合計算基礎上進行的預應力模態分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對其進行單向流固耦合計算，然后在此基礎上開展彎曲管道在流體作用下振動模態分析。
單向流固耦合計算
工業管道系統中經常出現彎管。流體介質流經彎曲管道時，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會對管道產生額外的應力。
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計算思路
眾所周知，CFD計算的目的是為了獲取計算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結構有限元計算的目的是為了獲取結構件上應力、應變和位移等物理物理量。單向流固耦合計算的基本思路為：利用CFD軟件計算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構件上，利用有限元軟件計算固體應力應變。
單向流固耦合計算的數據流程如圖1所示。
圖1 數據流程
2
計算模型
計算幾何模型如圖所示。
圖2 計算幾何模型
圖3 DM中創建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
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流體計算設置
雙擊B3單元格進行流體網格劃分。在mesh中進行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進行網格劃分，采用網格尺寸為5mm，生成的流體計算網格如圖5所示。
圖4 邊界命名
圖5 流體計算網格
返回至FLUENT中進行流體計算設置。
展開 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算及濕模態分析
濕模態分析實際上是在單向流固耦合計算基礎上進行的預應力模態分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對其進行單向流固耦合計算，然后在此基礎上開展彎曲管道在流體作用下振動模態分析。
單向流固耦合計算
工業管道系統中經常出現彎管。流體介質流經彎曲管道時，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會對管道產生額外的應力。
1
計算思路
眾所周知，CFD計算的目的是為了獲取計算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結構有限元計算的目的是為了獲取結構件上應力、應變和位移等物理物理量。單向流固耦合計算的基本思路為：利用CFD軟件計算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構件上，利用有限元軟件計算固體應力應變。
單向流固耦合計算的數據流程如圖1所示。
圖1 數據流程
2
計算模型
計算幾何模型如圖所示。
圖2 計算幾何模型
圖3 DM中創建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
3
流體計算設置
雙擊B3單元格進行流體網格劃分。在mesh中進行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進行網格劃分，采用網格尺寸為5mm，生成的流體計算網格如圖5所示。
圖4 邊界命名
圖5 流體計算網格
返回至FLUENT中進行流體計算設置。
展開 空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合） ￥6
（本文重點分析模態頻率，暫不進行振型分析）
7、參考文獻
[1]白靜峰.空調系統的流固耦合振動及其控制研究.2017.河北工業大學,MA thesis.
最后的最后，有不足之處歡迎指出，咱們一起探討、一起進步。
ansys流固耦合分析與工程實例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
ANSYS流固耦合簡介
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)。
展開 CFX-static structural單向流固耦合
我用CFX-static structural做單向流固耦合，但將流體分析得到的壓力加到管道上時，有一塊區域與其他不一樣，怎么回事？
為什么要進行流固耦合仿真
流固耦合 (fluid structure interaction) 研究從20世紀80 年代以來，受到了世界學術界和工業界的廣泛關注。流固耦合問題是流體力學與固體力學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。
虛擬設計流程及流固耦合分析
從算法上講，ANSYS CFD、ABAQUS CFD、STAR CCM+等大型通用仿真平臺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：單向流固耦合分析和雙向流固耦合分析。其中，雙向耦合因為求解順序的不同又可分為順序求解法和同時求解法。
1 單向流固耦合
單向流固耦合分析指耦合交界面處的數據傳遞是單向的，一般是指把CFD分析計算的結果（如力、溫度和對流載荷）傳遞給固體結構分析，但是沒有固體結構分析結果傳遞給流體分析的過程。也就是說，只有流體分析對結構分析有重大影響，而結構分析的變形等結果非常小，以至于對流體分析的影響可以忽略不計。單向耦合的現象和分析非常普遍，比如熱交換器的熱應力分析、閥門在不同開度下的應力分析、塔吊在強風中的靜態結構分析、旋轉機械的結構強度分析等都屬于單向耦合分析。
展開 【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用實例
工程實例-1：流水驅動水車水輪運動的工作機理仿真
雙向流固
耦合計算
1、雙向流固耦合簡介
2、雙向流固耦合原理
3、雙向流固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、流場計算設置
6、固體計算設置
7、流固系統耦合器設置
8、后處理技術
工程案例-1：圓柱的渦激振動模擬
工程案例-2：血液和血管壁相互作用的流固耦合計算
雙向耦合計算收斂性探討與確保收斂的絕招
1、雙向耦合難收斂（原因）
2、多管齊下促收斂（方法）
3、絕招一出必收斂（絕招）
工程案例-1：列車制動過程中油罐與汽油相互作用的雙向瞬態流固耦合計算
工程案例-2：發電風車（風機）的雙向流固耦合計算
結構氣動
彈性計算
1、結構氣動彈性的概念
2、常見結構氣動彈性問題
3、結構氣動彈性計算原理
4、結構氣動彈性計算的實現方法與設置技巧
工程案例-1：美國Tacoma大橋主梁風毀的顫振過程仿真
工程案例-1：飛機機翼的顫振計算
流-熱-固
耦合計算
1、單向流熱固耦合簡介
2、單向流熱固耦合分析系統
3、單向流熱固耦合計算模型與網格
4、單向流熱固耦合中流場計算設置技巧
5、單向流熱固耦合中傳熱計算設置技巧
6、單向流熱固耦合中固體計算設置技巧
7、雙向流熱固耦合簡介
8、雙向流熱固耦合分析系統
9、流熱固耦合計算后處理技術
工程案例-1：T型管道流熱固耦合計算
流熱固耦合系統的優化設計
1、優化設計簡介
2、優化設計三要素
3、ANSYS Workbench優化方法詳解
4、優化計算設置與操作技巧
工程案例-1：流固耦合系統中結構的氣動外形優化設計
展開 ANSYS Workbench 單項流固耦合解析
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（one way coupling 或 uni directional coupling）和雙向流固耦合分析（two way coupling 或bi directional coupling）。
展開 ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
流固耦合（Fluid-solid interaction，FSI）計算，通常用于考慮流體與固體間存在強烈的相互作用時，對流體流場與固體應力應變的考察。FSI計算按數據傳遞方式可分兩類：單向耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數據只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網格節點位移到流體。雙向耦合則在每一時刻都同時向對方發送相應的物理量（流體計算發送壓力數據，固體計算發送位移數據）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進行單向流固耦合計算。我們這里來舉一個最簡單的單向耦合例子：風吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計，固體變形對流場影響可以忽略，所考慮的是流體壓力作用在固體上，固體的應力分布。當然這里的壓力可以換成溫度等其他物理量。
1新建工程
注意是從Fluent →Static Structure。連接圖如1所示。
圖1 工程關系
圖2 進入DM建模
2 DM創建模型
進入Fluent中的DM進行模型創建，如圖2所示。流固耦合計算中的幾何模型與單純的流體模型或固體模型不同，它要求同時具有流體和固體模型，而且流體計算中只能有流體模型，固體計算中只能有固體模型。建好后的模型如圖3，4，5所示。由于固體模型需要從這里導入，所以我們保留固體與流體模型。
展開 請教有關旋翼單向流固耦合的問題
需要計算一下旋翼翼面氣動力下的靜力分析，并在此基礎上計算含預應力的模態，最近才知道這叫單向流固耦合。現在旋翼瞬態結果已經在fluent中計算結束了，結構也通過hypermesh畫好網格，不知該如何通過workbench平臺進行操作。參考了《ansys workbench基礎教程與實例詳解》中風機流固耦合的例子，例子中用的是CFX，而且是從建模開始的，而且FEM結構建模還得采用Mechanical。想請教一下各位如何用已經得到的fluent數據以及結構網格進行計算，時間比較緊，實在沒法再學幾個軟件，還請各位指導一下！
FLUENT動網格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算
在FLUENT動網格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統中固體區域運動控制方程，并將計算得到的邊界運動位移以動網格形式更新流場的邊界條件，從而實現雙向流固耦合仿真。其實，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經是內嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時獲得結構最終位移和流場壓力及速度分布。
固體區域設置
流固耦合界面設置
仿真計算結果
文件列表
展開 PFC單向流固耦合——模擬顆粒落入流動的水中
PFC中流固耦合有三種方式：
1、單向流固耦合（one_way）：也就是顆粒受流體作用，但是流體不受影響。
2、利用達西定律實現雙向耦合
3、和第三方的算法或者流體軟件進行耦合(比如OpenFOAM)
這里做一個單向耦合的小例子——模擬顆粒落入流動的水中。
由于當水比較多的時候，流速不太容易受到下落的顆粒影響，這里簡化為單向耦合是合理的。
首先生成cfd網格和顆粒。這里的網格使用我之前帖子中生成方形網格的小程序生成節點和單元文件。
new
domain extent -3 3
wall generate box -2 2 -1 1 -0.5 2
wall delete walls range id 2[x_pos=0.5]
[height=1]
[box_chicun=0.5]
[rdMin=0.01]
[rdMax=0.03]ball generate radius [rdMin] [rdMax] number 1000 tries 2000000 range x [x_pos+rdMin] [x_pos+box_chicun-rdMin] ...
展開 FLUENT/Mechanical流固單向耦合模擬
本教程演示了T型管道受到高溫流體影響而產生變形的單向流固耦合計算分析。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）分別雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Analysis systems→Static Structural選項，即可在項目管理區創建分析項目A（流體）和項目B（固體），將項目A的幾何數據（A2）傳遞給項目B（B#），將項目A的結果數據（A5）傳遞給項目B（B5）。
2 導入幾何體
（1）在A3欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。
3 劃分模型網格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。
（2）右鍵選擇流體域的入口與出口，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱inlet，outlet1和outlet2，單擊OK按鈕確認。
（3）右鍵選擇管道固體的內表面口外表面，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱pipe inner wall和pipe outer wall，單擊OK按鈕確認。
展開 FLUENT/Mechanical流固單向耦合模擬
文章來源：南流坊
