ansys 雙向流固耦合的案例
葉輪機械專題 | 高精度葉片雙向流固耦合的分析方法
Ansys基于雙向隱式耦合方法進行雙向流固耦合求解，在每個時間步內CFX和Mechanical分別對流場和結構場進行隱式迭代求解，并通過預先設定的流固耦合交界面傳遞數據，待流固耦合交界面傳遞數據收斂后，進行下一個時間步計算直至最終計算完成，該方法在保證求解精度的同時極大提高了求解速度和收斂性，適合于工程應用。
Ansys 雙向隱式流固耦合仿真分析數據流程
Ansys雙向流固耦合解決方案具有如下優勢：
1、多重嵌套隱式迭代求解技術
Ansys雙向流固耦合求解方法基于雙向隱式流固耦合算法發展而來，按迭代順序形成三重嵌套迭代求解：
單物理場迭代求解Field Loop：對單一流場、溫度場、結構場進行隱式迭代求解，獲得收斂后單物理場結果；
耦合多物理場迭代求解Coupling Loop：在預先設定的流固耦合交界面上，將氣動載荷/溫度場傳輸給結構場、幾何變形/固體溫度傳輸給流場，迭代求解獲得收斂后耦合多物理場結果；
瞬態時間步迭代求解Time Loop：流場和結構場按照預先設定的總時長和時間步長進行時域迭代求解，獲得最終收斂后隨時域變化的雙向流固耦合求解結果。
Ansys 流固耦合三重嵌套隱式迭代求解循環結構
以上三重嵌套迭代求解方式在保證雙向耦合計算結果精度的同時，極大提升了求解速度和收斂性，在遭遇收斂性或求解精度問題時，工程師也可方便的進行問題剖析和排查。
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Ansys基于雙向隱式耦合方法進行雙向流固耦合求解，在每個時間步內CFX和Mechanical分別對流場和結構場進行隱式迭代求解，并通過預先設定的流固耦合交界面傳遞數據，待流固耦合交界面傳遞數據收斂后，進行下一個時間步計算直至最終計算完成，該方法在保證求解精度的同時極大提高了求解速度和收斂性，適合于工程應用。
Ansys 雙向隱式流固耦合仿真分析數據流程
Ansys雙向流固耦合解決方案具有如下優勢：
1
多重嵌套隱式迭代求解技術
Ansys雙向流固耦合求解方法基于雙向隱式流固耦合算法發展而來，按迭代順序形成三重嵌套迭代求解：
單物理場迭代求解Field Loop：對單一流場、溫度場、結構場進行隱式迭代求解，獲得收斂后單物理場結果；
耦合多物理場迭代求解Coupling Loop：在預先設定的流固耦合交界面上，將氣動載荷/溫度場傳輸給結構場、幾何變形/固體溫度傳輸給流場，迭代求解獲得收斂后耦合多物理場結果；
瞬態時間步迭代求解Time Loop：流場和結構場按照預先設定的總時長和時間步長進行時域迭代求解，獲得最終收斂后隨時域變化的雙向流固耦合求解結果。
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Ansys基于雙向隱式耦合方法進行雙向流固耦合求解，在每個時間步內CFX和Mechanical分別對流場和結構場進行隱式迭代求解，并通過預先設定的流固耦合交界面傳遞數據，待流固耦合交界面傳遞數據收斂后，進行下一個時間步計算直至最終計算完成，該方法在保證求解精度的同時極大提高了求解速度和收斂性，適合于工程應用。
Ansys 雙向隱式流固耦合仿真分析數據流程
Ansys雙向流固耦合解決方案具有如下優勢：
1
多重嵌套隱式迭代求解技術
Ansys雙向流固耦合求解方法基于雙向隱式流固耦合算法發展而來，按迭代順序形成三重嵌套迭代求解：
單物理場迭代求解Field Loop：對單一流場、溫度場、結構場進行隱式迭代求解，獲得收斂后單物理場結果；
耦合多物理場迭代求解Coupling Loop：在預先設定的流固耦合交界面上，將氣動載荷/溫度場傳輸給結構場、幾何變形/固體溫度傳輸給流場，迭代求解獲得收斂后耦合多物理場結果；
瞬態時間步迭代求解Time Loop：流場和結構場按照預先設定的總時長和時間步長進行時域迭代求解，獲得最終收斂后隨時域變化的雙向流固耦合求解結果。
展開 雙向流固耦合模型三：帶離散相的雙向流固耦合模型
通過雙向流固耦合可分析在顆粒作用下的流暢分布及固體受力狀態，若感興趣可加qq：1196497187
XFlow與Abaqus的雙向流固耦合仿真須知XFlow與Abaqus的雙向流固耦合仿真須知
1）Abaqus 和XFlow 的協同仿真屬于FSI 仿真類型，即流固耦合仿真；
2）XFlow 必須在Labs 模式下運行，激活Labs 模式的路徑是：Main menu > Options > Preferences > Application mode> Labs；
3）建議使用Abaqus 2018 及以上版本；
4）Abaqus的協同仿真服務功能必須提前安裝好；
5）如果Abaqus的協同仿真服務沒有安裝，那么請按以下方式進行安裝：假設版本是Abaqus 2018， ?》》 首先使用X64命令行運行：abq2018 extractCseApi ?》》 然后把CSS服務二進制文件夾寫入系統path變量： X:\xxxxxx\Dassault Systemes\SimulationServices\V6R2018x\win_b64\code\bin， 其中X:\xxxxxx是相應的安裝盤符和文件夾。
6）如果版本是2019不用安裝5)中的步驟，但也需要建立上述環境變量。
7）協同仿真時，數據是雙向交互式進行傳遞的，Abaqus傳輸位移和速度信息給XFlow，XFlow傳輸載荷信息給Abaqus，仿真時的所有模型參數建議使用SI單位制。
展開 STAR-CCM+流固模態-雙向流固耦合案例
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 基于Ansys Workbench的三葉螺旋槳雙向流固耦合分析
隨之而來的問題是，這種新型材料的剛度較低，高速轉動時產生的變形會影響螺旋槳的推進效果，因此有必要考慮輕質螺旋槳的流固耦合效應?；谝陨希疚囊?em>Ansys Workbench為平臺，集成Fluent、Transient Structural和System Coupling對某直徑為8m的三葉螺旋槳進行了雙向流固耦合分析，對關鍵步驟給出了詳細說明。
FSI.pdf
帶水輪旋轉的單、雙向流固耦合高階技巧1（CFX+ANSYS Workbench） ￥20
這個文檔主要整理了我多年流固耦合學習的理論和經驗方法，對于你們可能會有一定的幫助，不過閱讀的前提是各位已經下了很多功夫研究了各種復雜的流固理論，葉輪旋轉所采用的模型、邊界理論等等，這個方向很艱難，故愿意與你們共勉，大神請勿噴，希望能幫助到你！即使本人所做項目的仿真流態一般，不過作為碩士論文足夠了，且本項目出了兩篇中核，一篇EI，兩篇SCI，所以科研的各位，大家一起加油！
1. 伯努利方程的物理意義：在一條流線上流體質點是機械能守恒的。
2. 流體力學中一定要搞清楚絕對壓強和相對壓強，動壓（v2/2g）和靜壓（z+p/ρg）的概念，這是我所在師門前幾屆師兄師姐流體計算中未搞清楚的概念。
3. 流體運動按照空間變化分：一維、二維、三維；
按時間變化分：定常流動（穩態流動），不定常流動；
按流動形式分：無旋運動（有勢運動）、有旋運動。（我們研究的流體分類）
4. 控制方程：①牛頓第二定律推得的固體控制方程；②流體控制方程：連續方程（質量守恒定律）；動量方程（Navier-Stokes方程/工程上常采用雷諾時均方程代替）；能量方程不考慮熱交換時一般不考慮。（如果是讀博的話，這上面還要再下功夫，碩士足夠用了）
5. 湍流模型意義：由于N-S方程組求解的困難，引入額外的方程來封閉方程組。主要有雷諾應力模型和渦粘模型（相關文獻很多，可查閱），對于泵站以及水電站，渦粘模型中的k-e和RNGk-e（后者考慮了壁面旋轉等等，必備一本CFD的書）模型優選，然而追求前期試算，SSG也可以采用，邊界條件設置intensity and length scale更有利于收斂，取值請下功夫看公式。求解可用Upwind易收斂，流量一點點增加，用前一次的做初始文件，可以測試網格等是否有問題，出口設置為opening均為測試收斂的技巧。
6.
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 雙向流固聲耦合圓柱體入水（STAR-CCM+&abaqus） ￥1300
因此，以平頭圓柱體為例，本案例運用STAR-CCM+&abaqus對圓柱體入水100m/s過程進行模擬，得到了結構入水過程中周圍流場和自身響應變化。
適用領域：航行體入水沖擊，船舶砰擊，海洋結構物漂浮等領域。ST
FLUENT/Mechanical流固雙向耦合模擬
本教程演示了如何使用Workbench的System Coupling模塊來實現Fluent和Mechanical之間雙向流固耦合計算。
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→Transient Structural，Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Component systems→System Coupling選項，即可在項目管理區創建分析項目A（固體），項目B（流體）和項目C（耦合計算），將項目A的幾何數據（A3）傳遞給項目B（B2），將項目A的結果數據（A6）傳遞給項目B（B6），將項目A的計算設置數據（A5）和項目B（B4）的計算設置數據都傳遞給項目C（C2）。
2 設置結構材料
（1）雙擊A2欄Engineering Data項，進入A2：Engineering Data界面，在該界面下進行材料屬性設置。
（2）在Outline of Schematic A2：Engineering Data窗口中，右鍵空白處選擇Engineering Data Sources按鈕，彈出的“ Engineering Data Sources”窗口，單擊鼠標左鍵選擇General Materials，在Outline of General Materials窗口中，選擇Polyethylene單擊右側的“+”號。
展開 
流固雙向耦合報錯
Update failed for the Solution component in System Coupling. The coupled update for system Fluid Flow (Fluent) threw an exception. The FLUENT application failed to initialize.
(DP 0) An unknown error occurred during solution. Check the Solver Output on the Solution Information object for possible causes.
(DP 0) An unknown error occurred during solution. Check the Solver Output on the Solution Information object for possible causes.
(DP 0) An unknown error occurred during solution. Check the Solver Output on the Solution Information object for possible causes.
(DP 0) A solver failure occurred during the run in the Fluid Flow (Fluent) system Please do not save the project if you would like to recover to the last saved state.
(DP 0) A solver failure occurred during the run in the
展開 COMSOL雙向流固耦合-豎板震蕩仿真
本案例是在ANSYS自帶案例的基礎上，利用COMSOL軟件進行仿真，只注重于方法的實現，沒有對于二者具體求解結果進行對比。
案例描述：
高1m，厚度0.06m的彈性板固定在底面上，在初始0.5s時間內，對板面施加100Pa的力，板子受力后彎曲。然后撤銷力，板子回彈不斷震蕩。四周是無風狀態。本案例仿真此豎板的受力運動過程引起附近空氣的震蕩，以及空氣阻力對板子運動狀態的影響。
材料參數：
物理場選擇：
本案例主要采用2D模型，物理場選擇層流、固體力學以及流固耦合多物理場。
載荷定義：
載荷定義主要是通過COMSOL軟件中自帶的分段函數實現。
求解難點：
非穩態模型求解模型的難點主要在于初始值的取值，準確的初始值取值有利于模型的收斂，加速求解過程。因此，第一步單獨求解固體力學，求解豎板單獨的震動情況；第二步整體求解，同時利用第一步求解結果作為第二步求解的初始值。
結果分析：
豎板震動以及空氣速度場分布
豎板頂點位移
由震動位移來看，由于空氣阻力的存在，豎板的震動是逐漸衰減的一個過程。
（通過此案例，ANSYS workbench和COMSOL軟件都能對雙向流固耦合進行很好的仿真，個人覺得COMSOL軟件界面較為友好，設置以及操作方面較為簡便，但如果針對工程模型而言，ANSYS的計算速度以及收斂行優勢將凸顯。）
歡迎大家隨時交流，如果愿意分享相關案例，我們可以適當有償。
展開 流固雙向耦合報錯問題
Update failed for the Solution component in System Coupling. The coupled update for system Fluid Flow (Fluent) threw an exception. The FLUENT application failed to initialize.
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展開 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 