ANSYS FSI 流固耦合的案例
CAE黑話：耦合場/順序耦合/直接耦合/流固耦合(FSI)
做CAE仿真，理清各類“耦合”概念是跨入多物理場分析的第一步。今天直接拆解4個核心黑話，建議工程師在做復雜系統仿真前明確這些基本定義。
耦合場 (Coupled Field) 真實物理世界中，聲、熱、力、電磁等物理場往往不是孤立存在的，它們相互影響的過程就是耦合。例如電機發熱導致結構熱膨脹，這就涉及到電磁-熱-力多場耦合。
順序耦合 (Sequential Coupling) “串聯”解法。先計算物理場A，將A的結果（如溫度分布）作為外部載荷提取出來，單向傳遞給物理場B（如結構場）進行求解。優點是計算成本低，適用于單向影響主導的場景。
直接耦合 (Direct Coupling) “并聯”解法。將多個物理場的自由度放在同一個大型剛度矩陣中，在一個求解器里同步迭代求解。適用于物理場之間相互作用強、必須實時反饋的場景（如壓電效應）。精度極高，但極度消耗計算資源。
流固耦合 FSI (Fluid-Structure Interaction) 工程中最常見的一類耦合。流體的流動產生壓力使固體發生變形，而固體的變形又反過來改變了流體的流場（如風機葉片形變、橋梁風振）。按反饋程度也分為單向FSI和雙向FSI。
展開 ANSYS12+CFX12流固耦合(FSI)分析+HyperMesh9前處理最為詳盡教程
ANSYS12發布。鑒于目前關于新版的流固耦合詳細教程太少，官方教程沒有圖文并茂。
另一方便，為了利用強大的網格劃分軟件HyperMesh，我想大家還是希望能在HyperMesh中進行前處理，畢竟學習Workbench前處理還很費時費力。
所以，在此我特意制作了一個最為詳盡的教程，免費提供給大家。教程中解釋詳盡，圖文并茂，只要按照說明一步一步做下去，就能得到正確的分析結果。
提供一張計算結果圖片。
詳細教程請下載附件：流固耦合FSI分析.rar
并提供固體文件plate.rar和流體網格文件fluid.rar。
流固耦合FSI分析1.rar
流固耦合FSI分析2.rar
展開 流固耦合FSI分析
流固耦合FSI分析.part2.rar
流固耦合FSI分析.part1.rar
ADINA FSI 流固耦合模塊
中仿ADINA提供特有的FSI模塊，可以在同一系統中模擬流體和因大變形、非彈性、接觸及溫度而經歷明顯的非線性響應的結構之間完全耦合的物理現象。一個完全耦合的流固耦合模型意味著固體的力學響應將會很大程度地影響流體域變化，反過來流體的作用力也會施加到結構上。
在流體力學層面，Navier-Stokes流可以是不可壓縮，弱可壓縮，低速或者高速可壓縮流體。從結構的角度看，各種結構單元類型都可以參與FSI過程（即殼單元，2D和3D結構單元，梁單元，等參梁單元，接觸面等），支持各種材料模型、支持各種非線性物理過程如材料失效、單元生死、結構失穩、相變等等。此外，中仿ADINA還提供了針對流體是勢流理論的完全耦合的流固耦合模型。
ADINA流固耦合的特點
1.FCBI（（Flow-Condition-Based Interpolation））算法提供了很高的穩定性，適用于從低雷諾數到高雷諾數的各種問題。
2.FSI分析可以實施于各種流體類型，包括不可壓縮，弱可壓縮，低速或者高速可壓縮流體。另外，所有的流體材料模型包括非牛頓流體，湍流模型和VOF法（多相流）都可用于FSI分析。
3.適用于所有的結構單元，接觸和結構材料模型（如彈性，粘彈性，橡膠，塑料等）都可以用于FSI求解。
4.勢流體單元可以用于聲波的分析，也可以用于結構和聲波的耦合分析。
5.ADINA允許流體模型和結構模型使用任意的網格。并且，流體和結構的網格在流固耦合界面上不需完全匹配。
6.在分析FSI模型時還可求解熱和多孔介質的耦合。
7.在流體模型中可以使用間隙邊界條件-gap邊界條件（控制流體通道的開和關）。在中仿ADINA中，可將gap邊界條件與接觸功能聯合使用，以成功模擬汽車和生物醫學領域中的閥門的關閉和開啟現象。
展開 
Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算（一）
本案例利用Fluent 內置雙向流固耦合FSI對液艙晃蕩仿真展開了計算，提供了一種更為便捷快速的分析方法，對不同楊氏模量的液艙內部構件進行分析，后續可以通過該案例對不同的雙向流固耦合模型展開計算分析。
1 SCDM 設置
1.1 導入幾何
本案例根據相關文獻，建立了對應的液艙幾何模型。H為0.3m，寬度B為0.45 m，液艙靜止自由液面高度h為0.09m(30%H）：柔性構件的厚度b為0.005m,高度hb為0.045m(50%h），柔性構件距液艙左壁x0為0.25 m，液艙的厚度為0.0075m。其中構件底部面命名為wall3，液艙正對部分兩個面為wall-fluid1和2。構件對應的兩個面為wall1和2。構件其余面為int，其余面為wall。
2 Fluent meshing 設置
2.1 網格劃分
根據幾何結構進行對應的網格劃分，交界面與柔性構件處要適當加密。
3 FLUENT 設置
使用fluent內置的雙向流固耦合時不能通過workbench打開fluent！！！
3.1 General設置與網格導入
由于本文考慮了液艙晃蕩，因此必須采用瞬態計算，同時為了更為便捷的進行雙向流固耦合的動網格計算，此處采用重力加速度模擬晃蕩加速度。
3.2 晃蕩加速度設置
位移振幅為0.04m、頻率為0.92Hz。對位移進行多次求導，即可獲得加速度公式，具體公式如下：
詳情可以參考上篇文章Fluent VOF罐體晃動（一）。
3.3 材料設置
由于是對液艙晃蕩問題展開仿真，因此需要采用水和空氣兩種材料，因此需要添加以下材料。
柔性構件則直接選擇默認鋁材料，只需調整楊氏模量即可。
3.4 模型設置
此處需要進一步打開VOF模型。
展開 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 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 workbench中fluent和structural進行單向流固耦合計算(FSI)，波浪沖擊固定桿 ￥80
波浪及橫桿應力動畫
橫桿形變
形變云圖
橫桿受流體的作用力
橫桿應力云圖
計算過程文件、結果文件及需要用到的udf文件
全流程操作視頻，從創建幾何開始直到全部計算完成
淺談流固耦合<2>：ANSYS中的流固耦合
在ANSYS軟件中使用流固耦合計算是很方便的。
在ANSYS中，進行流體計算的軟件主要是FLUENT與CFX，而參與固體力學計算的模塊主要是APDL（俗稱的經典模塊）與Mechanical。這四款軟件的中流體計算模塊與固體計算模塊的相互組合，即可構成流固耦合計算方案。由于本人對于APDL的耦合計算應用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應用。
前面提到，流固耦合計算可分為單向耦合與雙向耦合，利用CFX或FLUENT與Mechanical的聯合仿真，可以實現單向耦合和雙向耦合。（需要注意的是：14.0之后的版本中才允許FLUENT通過System Coupling模塊與Mechanical實現雙向耦合計算，在之前的版本中FLUENT只能做單向耦合）。
1、單向耦合
單向耦合指的是只有一方求解器向另一方發送數據信息，另一方并不反回數據。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發送壓力及溫度數據。這是最常見的單向耦合計算。通常用在固體熱應力計算，或計算流體載荷在固體上產生的應力。一般來說這種計算都是基于固體小變形假設，也就是說固體的形變對流場產生的影響可以忽略。
（2）固體變形對流場的影響。這種情況在實際計算過程中很少應用到，因為流體計算中的動網格功能完全可以滿足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應用于流體作用于固體變形耦合強烈的領域。通常需要考慮到固體變形對流場的影響。分為兩種情況：
（1）擾動由流體引起。即流體流動導致固體變形，固體變形引起流場的擾動。如渦激振動就是一種典型情況。
（2）擾動由固體引起。固體變形引起流體流場擾動，之后流體流場反作用與固體變形，研究其相互作用。
這兩種情況在實際應用中都會經常遇到。
OK，下面談一下如何在ANSYS中解決這幾類耦合問題。
展開 ANSYS基于Biot固結理論流固耦合及其應用
ANSYS基于Biot固結理論流固耦合及其應用
ANSYS基于Biot固結理論流固耦合模型及應用.pdf
ANSYS基于Biot固結理論流固耦合模型及應用.pdf
航空行業CAE解決方案
相關仿真軟件模塊
前后處理：DM/SCDM（幾何建模/修復）、ICEMCFD（復雜網格建模）、ANSYS Meshing（智能網格建模）
結構仿真：Mechanical（結構動力學）、nCode（疲勞壽命）、ACP（復合材料前后處理）、LS-DYNA/STR（高速沖擊碰撞）
流體仿真：CFX（外流計算）、Fluent（通用流體）、FENSAP-ICE（結冰計算）、Chemkin（化學反應機理）
耦合場：ANSYS FSI（流固耦合）、ANSYS Multiphysics（多物理場）、System Coupling（系統耦合）
電磁仿真：HFSS（高頻電磁）、Maxwell（低頻電磁）、Simplorer（系統仿真）、RMxprt（電機設計）
優化仿真：DX（參數快速優化）、OptisLang（穩健型/可靠性優化）、GENESIS（結構拓撲優化）、Fluent RBF（氣動外形拓撲優化）
其它模塊：Steps（人群疏散）
高性能并行計算：ANSYS HPC
展開 
ANSYS流固耦合
利用ANSYS11.0進行流固耦合計算的時候
是不是需要在ANSYS中建立固體模型
在workbench中建立流體模型啊？
小弟初步接觸這方面知識
萬分期待您的賜教！
汽車充氣輪胎的路面滾動模擬(流固耦合)（附ANSYS命令流&模型文件）
歡迎關注微信公眾號，完整命令流&模型文件后臺私信留言郵箱獲取！
ANSYS 流固耦合操作視頻
flag interface as fluid-structure interface
nsel,s,loc,x,0.26035
esel,s,type,,2
sf,all,fsi,1
nsel,all
esel,all
FINISH ! enter solution module
/SOLU
ANTYPE,harmic ! select harmonic analysis
hropt,full
f,19,fx,1000.
f,1019,fx,-1000.
harfrq,34.,38.
nsubst,100
kbc,1
SOLVE
FINISH
/post26
plcplx,0
nsol,2,1,u,x,d1ux
store
conjug,3,2
prod,4,2,3
sqrt,5,4
*get,uxmx,vari,5,extrem,tmax
/COM -------------------------------------------------------------
/COM Expected Result:
/COM
/COM The following "uxmx" should equal 35.24 Hz.
/COM -------------------------------------------------------------
*status,uxmx
finish
ANSYS 流固耦合操作視頻4.rar
ANSYS 流固耦合操作視頻1.rar
ANSYS 流固耦合操作視頻2.rar
ANSYS 流固耦合操作視頻3.rar
展開 有關ANSYS流固耦合的實例
我收集的一些ANSYS流固耦合的資料，與大家共勉。
