爆炸流固耦合的案例
水下爆炸流固耦合應(yīng)用系列課程介紹
近期計劃推出水下爆炸流固耦合應(yīng)用系列課程，希望大家多關(guān)注。
水下爆炸流固耦合應(yīng)用系列課程.pdf
LS-Dyna 水下爆炸之流固耦合應(yīng)用 ￥8
03材料和數(shù)值模型簡介
方形水域流場（歐拉域）大小為３０ｍｘ２０mx２０.６ｍ，水域中間長９ｍ范圍內(nèi)局部加密,兼顧計算效率和計算精度網(wǎng)格尺寸的研宄過程，確定此處流場和炸藥的最小網(wǎng)格單元尺寸為0.2ｍｘ0.2ｍｘ0.2ｍ，兩端網(wǎng)格尺寸為0.4ｍｘ0.4ｍｘ0.4ｍ，為使數(shù)值模擬更接近真實爆炸場景，水域上方建立高為0.４ｍ的空氣層，炸藥位于船體的正下方。此外，歐拉域邊界設(shè)置為無反射邊界條件，以模擬無限流場防止材料流出，根據(jù)相同的方法建立炸藥位于舷側(cè)爆炸時的數(shù)值模型。
料參數(shù)及一般設(shè)置見K文件。下圖為工況示意圖，艙段為三段式，第一層為膨脹倉，內(nèi)有橫豎隔板，中間倉水域填充，主要對膨脹倉（左一）產(chǎn)生的碎片進(jìn)行緩沖，由于項目涉密，僅提供接觸式炸點K文件，模型經(jīng)簡化脫密處理，但對于研究水下爆炸機(jī)理，流固耦合作用還是夠的。
04仿真模擬結(jié)果（K文件見下）
05水下爆炸流－固耦合接觸算法及ｋ文件設(shè)置
水下爆炸研究中的流－固耦合問題一直是重難點問題，該問題既包括炸藥的爆轟和沖擊波在水中的傳播過程，又包含有艦船結(jié)構(gòu)大變形，兩者需有機(jī)的結(jié)合在一起。船體結(jié)構(gòu)變形外力來源于炸藥爆轟后通過流體介質(zhì)傳播到船體表面的沖擊波載荷，水下的船體表面不僅是載荷作用表面，也是流體流動的邊界，所以針對這類問題進(jìn)行建模計算時，必須要考慮流－固耦合問題。
ＬＳ－ＤＹＮＡ程序通過ＡＬＥ方法在流固耦合界面處定義ＡＬＥ面，計算過程中歐拉網(wǎng)格可以隨著結(jié)構(gòu)的變形而移動，Ｅｕｌｅｒ材料流動引起的壓力載荷變化通過耦合算法自動作用到結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格上，在流體壓力作用下，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格發(fā)生變形，同時結(jié)構(gòu)的變形也反過來影響流體材料的流動和壓力值，通過以上流體與結(jié)構(gòu)間的相互作用可以得到完全耦合的流體－結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
展開 PreSys在爆炸與多介質(zhì)流固耦合中的建模方法：從ALE到SPH的工程實踐
原創(chuàng) 于 2026年2月25日 發(fā)布 標(biāo)簽：#FSI #ExplosionSimulation #ALE #SPH #PreSys #CFD #FEM
在爆炸與沖擊仿真領(lǐng)域，多介質(zhì)流固耦合（FSI）問題一直是數(shù)值計算的核心難點。從空氣沖擊波傳播到結(jié)構(gòu)破壞，再到破片飛散，整個過程涉及強(qiáng)非線性、大變形與多尺度耦合。
基于
PreSys
的工程實踐，這類問題可以通過 ALE + SPH + Lagrange 多方法協(xié)同實現(xiàn)穩(wěn)定求解。
LS DYNA 流固耦合爆炸
炸藥在巖石里面爆炸，先建一個炸藥模型，一個巖石模型，最后建立一個與炸藥耦合的模型，那這個模型應(yīng)該賦予炸藥的參數(shù)和狀態(tài)方程，還是賦予空物質(zhì)比如空氣的屬性。我用賦予這個模型空物質(zhì)的屬性無法計算，但賦予炸藥的屬性勉強(qiáng)可以得到一個結(jié)果。
流固耦合水下爆炸仿真
流固耦合水下爆炸仿真
流固耦合爆炸應(yīng)力波傳播
流固耦合模擬爆炸，壓力只在炸藥的part里面?zhèn)鞑ィ幌虮槐Y(jié)構(gòu)傳播？
集團(tuán)裝藥水中爆炸的流固耦合 ￥50
下面是K文件和可以導(dǎo)入ANSYS的結(jié)構(gòu)模型
爆炸的流固耦合分析實例
爆炸計算時好用的東西
ANSYS 流固耦合分析實例.rar
起爆點，流固耦合，soft，load blast總結(jié).doc
密閉容器爆炸的算例（采用流固耦合）
t-part2.zip
t-part1.zip
WinRAR.rar
基于結(jié)構(gòu)化sale方法的爆炸沖擊流固耦合研究
網(wǎng)格如下圖所示：
5.單位制選擇cm-g-us，并輸出k文件
6.流固耦合定義
$流固耦合
*set_part_list
2
9
$9為流體SALE part號
*set_part_list
1
1
$1為結(jié)構(gòu)鋼殼part號
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID
1 2 0 0 2 4 1 0
$
7.水、空氣及炸藥的單元、材料、part定義
通過關(guān)鍵字定義空氣單元、材料、part等。
$流體Part材料及起爆
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
$10水11炸藥12空氣
10,1
11,1
12,1
*section_solid
10,11
*hourglass
10,1,1e-6
$水good
*MAT_NULL
10,1000,0,0,0,0,0,0
*EOS_GRUNEISEN
$水的狀態(tài)方程的0.15在cmgus單位制下為1500m/s，所以，如果用標(biāo)準(zhǔn)單位制的話，0.15改為1500.。
展開 爆炸模擬-任意拉格朗日歐拉算法流固耦合爆破模擬附K文件
Lagrange_ERODING接觸.k
ALE_LagrangeInSolid流固耦合ELFORM11.k
Lagrange_STS接觸.k
Lagrange_SLIDING接觸.k
ALE_LagrangeInSolid流固耦合ELFORM12.k
Lagrange共節(jié)點.k
流固耦合模擬爆破分兩種方式：
1、參照K文件——ALE_LagrangeInSolid流固耦合ELFORM12，其中元素方程式選擇12（中心單點積分的單一物質(zhì)材料及空白單元 的ALE 單元），主要注意炸藥單元同空網(wǎng)格單元要共節(jié)點，并且要在設(shè)置初始條件中設(shè)置*INITIAL_PART_VOID.材料和section與炸藥相同，炸藥可以在兩個part間自由流動。炸藥和VOID與被爆炸物質(zhì)單元用*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID連接。
2、參照K文件——ALE_LagrangeInSolid流固耦合ELFORM11，其中元素方程式選擇11（中心單點積分的 ALE 多物質(zhì)單元（一個單元內(nèi)可以包含多種物質(zhì)）），需要定義一個*MAT_NULL（air）EOS_LINEAR_POLYNOMIAL的part網(wǎng)格單同炸藥part共節(jié)點。炸藥和air與被爆炸物質(zhì)單元用*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID連接。
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【流固耦合】降落傘充氣過程流固耦合分析
在充氣過程中，傘衣的結(jié)構(gòu)大變形與傘衣周圍流場變化的相互耦合是十分復(fù)雜的。因此，想要通過理論模型求解該過程是非常難以實現(xiàn)，而數(shù)值仿真技術(shù)將提供較好的解決思路。
降落傘的數(shù)值模擬是典型的流固耦合問題。解決該問題的主要思路是：應(yīng)用計算流體動力學(xué)模擬降落傘的流場特征，通過結(jié)構(gòu)有限元法模擬降落傘的結(jié)構(gòu)特性，然后把兩者通過迭代耦合的方式結(jié)合起來，完成降落傘的數(shù)值模擬。本案例采用有限元分析軟件LS-DYNA來求解分析降落傘的充氣過程。
首先建立傘衣幾何模型，初始狀態(tài)設(shè)定為半折疊狀態(tài)，如圖1所示，將其保存為stp格式并導(dǎo)入Hypermesh中進(jìn)行前處理。確定傘繩初始長度，并設(shè)定頂點位置，通過line功能建立傘繩線條。根據(jù)幾何模型大小對流體域進(jìn)行建模，可設(shè)置為圓柱體域空間，選擇合適的尺寸對上述部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計算模型可參考圖2。
圖1 傘衣幾何模型
圖2 降落傘及流體域計算模型
傘衣材料選擇柔性紡織物材料，關(guān)鍵字為MAT_034,其密度為500kg/m3，彈性模量400MPa，泊松比0.15，厚度設(shè)置為2mm。傘繩選擇離散梁單元材料，關(guān)鍵詞為MAT_071，其中密度為400kg/m3，彈性模量97000MPa，截面積可自行設(shè)置。流體域賦予理想氣體，并設(shè)定空氣流速為80m/s。計算方法選擇ALE流固耦合算法。其余Card填充較為繁瑣，不在此贅述。計算結(jié)果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態(tài)（0s；0.3s；0.6s；1s）
降落傘充氣展開視角1
降落傘充氣展開視角2
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展開 【流固耦合】翼傘后緣偏轉(zhuǎn)過程的流固耦合動力學(xué)特性
翼傘后緣偏轉(zhuǎn)的操縱過程會顯著改變翼面的整體氣動布局，同時需要多根操縱繩精確協(xié)同控制，是典型的氣動與結(jié)構(gòu)緊耦合問題，涉及到的動力學(xué)問題復(fù)雜多變。對于翼傘系統(tǒng)操縱過程的動力學(xué)機(jī)理問題研究一直是降落傘領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和熱點問題。
本文基于 Structured ALE（S-ALE）流固耦合方法對翼傘后緣偏轉(zhuǎn)過程進(jìn)行動力學(xué)建模和仿真分析。研究翼傘三維模型后緣偏轉(zhuǎn)過程、傘衣結(jié)構(gòu)場和周圍流場的時變演化規(guī)律及分布特性，為進(jìn)一步指導(dǎo)大型翼傘精確空投系統(tǒng)的飛控系統(tǒng)設(shè)計和技術(shù)應(yīng)用提供參考。
流固耦合建模
本文所研究的翼傘后緣偏轉(zhuǎn)過程是針對充滿鼓包狀態(tài)的翼傘三維模型進(jìn)行的。翼傘系統(tǒng)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(jié)構(gòu)與流場的雙向耦合作用；傘繩在翼傘偏轉(zhuǎn)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(yīng)。
圖 1 翼傘系統(tǒng)三維幾何模型
仿真方法驗證
為避免因流體和結(jié)構(gòu)單元之間尺寸差異過大而導(dǎo)致顯式動力學(xué)積分過程可能出現(xiàn)的非物理特征“沙漏現(xiàn)象”，進(jìn)而引起計算發(fā)散，流場網(wǎng)格尺寸與結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(wǎng)格模型
本文采用 S-ALE 求解方法對流固耦合模型進(jìn)行仿真計算，S-ALE 方法與傳統(tǒng) 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(gòu)和歐拉流場與拉格朗日結(jié)構(gòu)相互作用的流固耦合過程。不同的是，在網(wǎng)格的處理方法上，S-ALE 方法采用自動生成網(wǎng)格技術(shù)，即流場網(wǎng)格根據(jù)控制點設(shè)定的方向、增長率、網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)格密度等參數(shù)在仿真過程中隨著時間步的推進(jìn)逐漸產(chǎn)生，仿真前無需單獨建立流場網(wǎng)格。這可以極大減小網(wǎng)格處理時間并提高計算效率。
展開 兩個爆炸的算例，采用共節(jié)點和流固耦合，驗證J-C和P-K材料
做了下爆炸兩個例子，分享一下，希望對新手有幫助。
1、主要驗證了兩點，JC材料和PK材料。
2、方法采用共節(jié)點和流固耦合
blasting_oh.zip
blasting_node.zip
【流固耦合數(shù)值仿真算例】風(fēng)機(jī)葉片流固耦合數(shù)值仿真
為了更好地了解風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點，提高風(fēng)機(jī)的總體設(shè)計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進(jìn)行計算， 考慮流固耦合方式對風(fēng)機(jī)葉片上的氣動載荷進(jìn)行分析。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。
風(fēng)機(jī)在計算域中的示意圖
風(fēng)機(jī)在計算域中的示意圖
風(fēng)機(jī)在簡化氣動力下轉(zhuǎn)動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙的振動響應(yīng)。
在此種模擬方法下，可以輸出風(fēng)場縱剖面速度云圖，考慮風(fēng)機(jī)的尾流效應(yīng)。
單風(fēng)機(jī)尾渦效果展示
雙風(fēng)機(jī)尾渦效果展示
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計，可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風(fēng)機(jī)葉片上的氣動載荷進(jìn)行分析，可以為風(fēng)機(jī)的總體設(shè)計提供一個較為全面的建議及分析方法。
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