流固
關注創建者：苗春虎 創建時間：2020-12-22
流固的視頻教程
hypermesh-dyna流固耦合--ALE鳥撞平板的流固耦合仿真
該課程相比傳統鳥撞葉片計算方法，使用ALE流固耦合方法對鳥撞平板仿真進行了講解，其中涉及以下內容： 1、流體的隨動計算域設置使用 2、流固耦合關鍵字耦合參數的關鍵點講解，幫助你掌握最新的流固耦合設置方法 3、初始體積分數關鍵字的對比，讓你對復雜流體模型有深刻理解 4、流體計算域網格剪裁關鍵字的使用 附件是兩種不同求解方法的k文件
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hypermesh-dyna流固耦合--各種案例集合讓你精通流固耦合
通過LS-dyna的多種案例講解，并在其中對LS-DYNA中不同類型的流固耦合案例進行講解，同時跟蹤軟件最新技術，讓你對LS-DYNA流固耦合從懵懂到精通，并能結合不同案例，完成自己的工程任務。
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hypermesh-dyna流固耦合--一個案例三種方法讓你掌握流固耦合
本課程使用三種方法模擬打水漂的過程，同一模型，三種方法，step by step幫你掌握hypermesh+dyna流固耦合及sph粒子法 1、ALEMMG流固耦合方式 2、invoid流固耦合方式 3、sph粒子法 其中涉及剛性墻、box、運動邊界條件加載、無反邊界條件、sph粒子單元建立 以及多種控制關鍵字及相關的參數要點
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流固的實例教程
一.流固耦合面臨的挑戰
結構設計的高度專業化。在結構設計上，不確定性越高，設計就會越保守。要開發安全產品又不過于保守就要消除這種不確定性，因此有必要準確地知道結構在工作中負載對它起到的作用，流固耦合是精確預測流動載荷的關鍵技術。比如著名的塔科馬海峽大橋，設計師兼顧了觀賞性和建造成本，但微風就能引氣橋面劇烈晃動，最終僅建成四個月就被摧毀，這是典型的流固耦合問題。
結構的輕量化趨勢。輕量型結構與傳統結構相比具有更小的重量，剛度也是如此，這反過來又增加了結構和流體之間的物理耦合程度。
創新需求。對于輪機、管路、翼型等，預測系統或部件在流體流動下的性能是此類產品創新的關鍵。比如風機葉片，長達數十米，工作狀態時必然存在葉片變形，有必要分析風載荷對結構強度的影響，葉片變形對發電效率的影響，這樣才能更好的指導葉片設計的改進。
二.流固耦合技術需求
按照結構與流體間相互影響的程度，可以把流固耦合分為單向耦合和雙向耦。
單向耦合是一種弱耦合，通常結構小變形、振動時，只需考慮流動載荷對結構變形的單向影響；雙向耦合是強耦合，當流動引起結構的加大變形，同樣結構的變化對流動的影響也不能忽視。
關鍵技術需求
1）求解器離散方式的選擇，這會影響到流固耦合模擬的精度；
2）流體求解器和固體求解器間的數據交互；
3）流固耦合交界面上非共性網格的數據傳遞問題；
4）流體域中要反映結構的變形，需要流體網格變形模型。
三.STAR-CCM+中的流固耦合
1、流固耦合實現方式
STAR-CCM+中流固耦合實現方式大概為三種，基于文件的耦合、協同仿真和軟件內的耦合。
展開 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 作為流流合版塊的版主，我感到慚愧。因為我幾乎就沒真正應用流固耦合做過工程。第一次應用流固耦合還要追溯到做碩士畢業論文的時候，當時做的是高壓水射流切割，屬于一個大課題中的小項，主要用的軟件是fluent。
但是利用fluent是沒辦法計算射流的切割效果的，流體軟件只能計算流場參數（壓力、速度、溫度等），對于應力計算實在是力不從心。我不知道導師是從哪里聽來的風聲，說讓使用mpcci將fluent與abaqus耦合計算固體變形乃至斷裂。當時也是初生牛犢不怕虎，老師說用那就用唄，于是開始關注固體計算，關注abaqus，關注mpcci。然而現實是殘酷的，流體與固體采用不同的計算網格（流體用歐拉網格，固體采用拉格朗日網格），對于斷裂的問題，單純采用abaqus勉強可算，然而耦合上流體之后，通常計算會以出現負體積而告終。
多次的失敗終于磨滅了導師的耐心，于是項目轉而采用LS-DYNA的ALE進行解決，而我的畢業論文，則徹底的舍棄了這一部分。搞射流的自然離不開噴嘴的設計，在研究射流噴嘴結構在高壓流體作用下的材料行為，于是又涉及到了流固耦合問題，這次很幸運，雖然壓力很高，然而壓差并不大，噴嘴的變形處于彈性小變形階段，我采用workbench中的CFX+ANSYS mechanic圓滿的完成了任務，計算的是雙向流固耦合，雖然到現在也不敢去評判計算結果的準確性，但好歹也是計算完畢，順利的通過了畢業答辯。
說起流固耦合，其實包含的范圍很寬。我們做流體，其實就包含了流場、溫度場、組分場等的計算。
流固耦合包含的以下幾類問題：
(1) 單向流固耦合。通常是忽略固體變形對流場的影響。
(2) 雙向流固耦合。考慮流場對固體變形的影響，同時也要考慮固體形變對流場的影響。計算量很大，而且很難收斂。
(3) 熱應力計算。
展開 本文基于 Structured ALE（S-ALE）流固耦合方法對翼傘后緣偏轉過程進行動力學建模和仿真分析。研究翼傘三維模型后緣偏轉過程、傘衣結構場和周圍流場的時變演化規律及分布特性，為進一步指導大型翼傘精確空投系統的飛控系統設計和技術應用提供參考。
流固耦合建模
本文所研究的翼傘后緣偏轉過程是針對充滿鼓包狀態的翼傘三維模型進行的。翼傘系統包括傘衣、傘繩和掛重載荷，幾何模型如圖 1 所示。實際流固耦合仿真過程只考慮傘衣結構與流場的雙向耦合作用；傘繩在翼傘偏轉過程承受拉力，且通過傘繩施加后緣下拉過程的作用力載荷；忽略傘繩與周圍流體的耦合作用和繩索的阻尼效應。
圖 1 翼傘系統三維幾何模型
仿真方法驗證
為避免因流體和結構單元之間尺寸差異過大而導致顯式動力學積分過程可能出現的非物理特征“沙漏現象”，進而引起計算發散，流場網格尺寸與結構網格尺寸盡量接近1∶1，如圖 2 所示。
圖 2 翼傘氣室流固耦合仿真網格模型
本文采用 S-ALE 求解方法對流固耦合模型進行仿真計算，S-ALE 方法與傳統 ALE 方法的基本理論相同，均包括了映射過程的對流輸運、界面重構和歐拉流場與拉格朗日結構相互作用的流固耦合過程。不同的是，在網格的處理方法上，S-ALE 方法采用自動生成網格技術，即流場網格根據控制點設定的方向、增長率、網格尺寸、網格密度等參數在仿真過程中隨著時間步的推進逐漸產生，仿真前無需單獨建立流場網格。這可以極大減小網格處理時間并提高計算效率。經過仿真測算，與傳統 ALE 方法相比，S-ALE 方法的計算效率可以提高 60%。
仿真結果與驗證
圖 3 和圖 4 為翼傘后緣單側和雙側下偏操縱過程的傘衣表面結構 Von Mises 應力分布云圖。
展開 很多人學習ABAQUS流固耦合前都會困惑：“學完到底能解決工作 / 科研中的哪些具體問題？” 技術鄰 ABAQUS 流固耦合定制培訓，依托全行業真實項目經驗，聚焦航空航天、汽車、科研等領域的核心流固耦合難題，讓你學完就能針對性解決實際問題，避免 “學了用不上”。
一、航空航天領域：解決高精尖耦合難題，匹配工程可靠性要求
航空航天領域的流固耦合問題，多涉及高溫、高壓、隨機載荷等復雜工況，技術鄰課程能幫你解決以下關鍵問題：
1. 航天器尾噴管碰撞耦合問題
1) 實際痛點：尾噴管在工作中受高溫氣流沖擊，同時承受隨機振動載荷，易出現結構應力超標、隔熱層脫落等風險；
2) 課程解決方案：教你用 “多物理場（CEL/SPH/ALE）技術”，設置高溫材料屬性（隨溫度變化的彈性模量、熱導率），模擬隨機載荷下尾噴管與隔熱層的碰撞過程，精準計算碰撞應力與振動響應，確保結構安全；
3) 應用成果：學員曾用該方法解決某航天器尾噴管 “碰撞后局部應力超 350MPa” 問題，優化后應力降至 280MPa 以下，符合工程標準。
1. 反無人機抓捕網動力學耦合問題
1) 實際痛點：抓捕網發射后，受氣流影響易出現展開形態不規則、無法精準包裹無人機的情況；
2) 課程解決方案：指導選擇 “Membrane 膜單元” 構建高柔性抓捕網模型，設置不同氣流速度參數（如 10m/s、15m/s、20m/s），模擬網體與空氣的相互作用，分析展開時間與形態，優化網眼大小、材質剛度等參數；
3) 應用成果：某安防領域學員通過學習，將抓捕網 “有效包裹率” 從 65% 提升至 92%，解決實際部署中的抓捕失效問題。
二、汽車領域：聚焦降噪、熱管理核心痛點，貼合主機廠需求
汽車行業的流固耦合問題，直接關系駕駛體驗與安全，技術鄰課程能針對性解決兩大核心場景問題：
1.
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OpenRadioss模塊架構圖
03 成果展示
在完成代碼擴展后，我們將 OpenRadioss 移植至 太湖之光 超算，順利通過編譯，并完成了多個典型算例（如汽車碰撞、流固耦合等）的 一萬進程并行模擬。
流體力學仿真（CFD）僅能計算風力載荷，但要評估結構在這些時變載荷下的動態響應（應力、變形、穩定性、振動頻率），則需要在CFD基礎上耦合結構力學分析模塊（如FEA有限元分析），這種多物理場仿真技術稱之為流-固耦合仿真（FSI）。
流-固耦合仿真（FSI）：計算流體域的流場壓力實時作用于固體結構網格上，結構的變形或振動也反過來影響流體邊界的形狀及流動狀況。
圖2 流固耦合類型設置
【優化目標函數設置】在COMSOL中設置拓撲優化，然后設置最小應變能和閾值體積上限為0.3和0.5。最大迭代次數為100次，優化容差設置為0.001。
圖3 拓撲優化參數設置
【優化結果云圖】提取不同閾值優化后的結構云圖。
概述
流固耦合問題在工程應用中十分常見。其中一種情況是流體（或氣體）被封閉在固體內部，并承受各種載荷，例如輪胎、氣墊鞋和流體容器。靜水壓流體單元非常適合此類應用。本文介紹了對囊狀氣墊鞋的仿真模擬。鞋內空氣遵循理想氣體定律。這些靜水壓流體單元通過 ANSYS Mechanical 中的命令流進行定義。
雙向流固耦合仿真流程指南23天前
[圖片]
相較于傳統CFD仿真工具，Ansys Forte提供強大的自動化動網格、間隙控制模型、內置閥門流固耦合仿真等行業專用仿真功能，解決各類容積式壓縮機、油泵、內燃機等復雜運動問題仿真的痛點問題。
作品名稱：基于LS-DYNA 流固熱耦合方法解決熱風焊接問題
作者： 周祝龍 | 奧托立夫(上海）汽車安全系統研發有限公司 高級仿真工程師
關鍵詞：LS-DYNA；ICFD-Structure-Thermal流固熱耦合；非絕熱過程；自適應網格；溫度分布
作者說
LS-DYNA功能強大，在汽車行業發揮著舉足輕重的作用，特別是在車輛碰撞、氣囊點爆等方面。
尤其歡迎以下方向參與：
AI賦能仿真 - 機器學習、AI優化、智能自動化
先進封裝與3DIC - Chiplet、HBM、熱管理
多物理場耦合 - 電熱、流固耦合等
數字孿生 - Digital Twin、實時仿真
新能源應用 - 電池、電機、儲能系統
光模塊 - 光學與光子學
評審機制
獎項設置
一等獎：價值3,500元
二等獎：
? 多求解格式，應對極端變形：融合 Lagrange、Euler、ALE、SPH 等求解技術，完美處理流固耦合（FSI）、爆炸沖擊波、水下迫降、鳥撞等大變形、多介質交互問題；氣囊展開采用有限體積法（FVM），結合可逆排氣孔模型，實現乘員約束系統的高精度仿真。
其挑戰在于傳統的仿真分析方法涉及流固耦合、多相流、動網格、瞬態分析等多個仿真領域的技術難點，導致仿真分析的計算效率低下，計算資源消耗過高，難以輸出可靠的仿真結果。
