ansys流固耦合模態分析的案例
ANSYS流固耦合模態分析計算方法
2)標記流固耦合界面。選取流體單元中流固交界面上的節點，執行FSI命令，標記耦合界面。
3)建立固體結構實體模型。建立固體結構模型，定義單元屬性，采取映射方式進行網格的劃分。
4)施加約束條件。由于流體區域的尺寸是遠大于固體結構的尺寸，故在流場邊界處的單元節點上施加壓力(PRES)一0約束。又因為結構為懸臂結構模型，并認為流體區域在懸臂根部的平面內有邊界，所以固體結構模型底部固結，流場底部定義Z方向約束。
5)選擇求解類型，進行求解。進入SOLUTION求解器，定義分析類型為模態分析，設定提取頻率階數及提取模態的方法。由于非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的剛度矩陣、質量矩陣不對稱等問題，故采用非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)進行模態的提取。
6)查看結果。進入后處理器，查看結構模型頻率及振型圖。、
展開 考慮壩體-庫水相互作用的重力壩模態分析--對比分析ANSYS和ABAQUS重力壩流固耦合模態結果
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此篇只簡單進行了兩個軟件的模態對比分析結果，熟悉了兩款軟件中流固耦合單元的設置方式與操作流程，得出結果供大家參考，后續會進一步推出相關計算案例。歡迎各位朋友交流指正。
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。
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空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合） ￥6
空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合）
1、引言
空調管路中，特別是吸、排氣管及回油管，由于其與壓縮機（振動源）直連，在運行過程中振動響應較大，為避免振動過大導致管路開裂、壽命縮短等一系列問題，有必要對管路進行模態分析，避免管路共振頻率與壓縮機運行頻率接近產生共振效應。
常見的管路模態分析未考慮流體效應（冷媒）對管路結構振動特性的影響，因此，本文利用干模態、濕模態及單向流固耦合三種分析方式，三種情況下的模態結果進行對比研究。
2、空調管路模型仿真前處理
采用Creo軟件建立管路三維模型，如下圖所示，模型中已預先建立流體區域，共兩個主體。
將三維模型導入Hypermesh中進行網格劃分，當然在這里也可直接導入workbench，利用默認的mesh工具進行網格劃分，但是該工具的網格質量無法控制。網格劃分是仿真的基礎，也是較為重要的一步驟，如何劃分高質量網格并非本文重點，不在過多闡述。網格劃分效果如下圖。
結構的約束條件采用兩端固定支撐，管路材料屬性采用紫銅，冷媒材料屬性采用R410冷媒，各材料屬性參數如下表所示：
網格劃分、約束條件、材料屬性定義之后，便可開始進行以下各類模態分析計算。workbench具有很好的模塊間數據傳遞功能，本文所涉及的三種模態分析，其數據傳遞如下。
3、空調管路干模態分析
干模態分析，即一般的結構模態分析，不涉及流體效應對模態的影響，由于壓縮機頻率在20Hz~120Hz左右，因此，可對前10階模態進行分析，保證模態頻率在壓縮機頻率運行范圍之內。干模態在結構振動仿真中較為簡單，只需要設置約束條件、材料屬性等少部分參數，便可進行計算。
展開 STAR-CCM+流固模態-雙向流固耦合案例
4、流體域設置
5、計算結果
五.總結
STAR-CCM+提供了成熟的流固耦合方法，豐富的變形模型保證了其能在更多領域、場景中應用。通過流固耦合計算，能夠精確預測結構受到的流動載荷、結構的應力及變形。STAR-CCM+中，可以用上述案例的方法進行旋轉機械的流致振動的耦合計算，進行氣動彈性及響應分析等，流固耦合已經成為研究復雜非定常流動及葉片振動的有力工具。
文章來源：能科股份
油箱一個流固耦合模態分析的例子(ADINA)
油箱一個流固耦合模態分析的例子(ADINA)
汽車油箱流固耦合模態分析
實際的油箱幾何結構很復雜，這里提供一個簡化的模型。
幾何參數：油箱容積42L，油液裝載體積：21L;
油箱材料參數：
密度0.934g\cm3 ，彈性模量1100MP ，泊松比0.4 ，厚度5mm，邊界條件為底部四邊全約束。
油液參數：
密度680kg/m3，體積模量1.3E9N/m2。
1. 啟動ADINA，選擇，
2.點擊，選擇紅色部分，設置箱體材料參數
點擊OK。然后點擊紅色部分設置勢流體油液，設置如下：
點擊OK。關閉材料設置選項卡。
3.點擊，如下設置
4.點擊，設置如下
5.點擊，進行如下設置面：
6.點擊設置拉伸體：
7.顯示如下
8.通過面6繼續拉伸體
9.顯示如下
10.劃分網格，進行如下操作
點擊OK。
11.點擊，如下設置
點擊OK。
12.點擊，如下設置
連續兩次點擊OK。
13.設置
然后進行如下設置：
14.設置自由面
15.加重力g。
點擊紅色define
設置：
最后設置
16.保存ms.idb。然后另存一個名為mm.idb。
17.靜力計算，打開ms.idb，點擊，求解ms。
18.17步求解結束后，關閉，然后打開mm.idb。進行如下設置。
19.選擇，點擊，進行如下設置：分析前100階模態，選用Determinant-search法求解流固耦合模態：
20.重啟動設置。
21.點擊 ，輸入mm，點擊保存，提示選擇重啟動文件，選擇ms.res，點擊copy，程序求解。
展開 Optistruct "附連水質量"流固耦合的振動模態分析
虛質量法(或附連水質量)：
大型商用的虛質量分析方法大概是在1970年代在計算油箱等流固耦合部件的高頻響應時提出的。
?濕表面和干表面：
?濕表面(wetted surface)：結構和液體相接觸的表面
?干表面(dry surface)：結構不與液體接觸的表面
?虛質量法主要用來考慮水動力效應(hydrodynamic effects)對結構響應的影響：液體會在濕表面產生附加質量，因此會對結構振動有影響。
?因此可以認為，虛質量法只考慮流體質量對結構的影響。需要了解的是，該質量不是流體的實際質量，而是等效附加質量，因此稱為“虛質量”，或者“附連水質量”。
?此外，既然是“虛”質量，則該方法不需要對流體區域劃分流體網格，簡化了前處理。
虛質量法的應用領域：
虛質量法的基本假設：
?流體無粘、無旋
?流體不可壓縮
?同一流域具有統一的密度，同一流域不能具有兩種或以上非溶性液體
?有界流體(內部流體)必須具有流體自由面
?封閉的內部流體，需要考慮壓力波的影響。虛質量法不考慮壓力波影響。
?無界流體(外部流體)可以有自由面、可以沒有
?自由面零壓強假設
?虛質量法具有自由液體面時，自有液體面上的壓強假設為零
?不考慮重力
?不考慮晃蕩、流體表面波、湍流、渦旋等
?即假設晃蕩的頻率低于結構的基頻
?不考慮非線性效應、氣彈效應
虛質量法流固耦合示意圖：
與聲場分析的區別：
單流域案例：
單流域案例前十階頻率：
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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
濕模態的概念
通常我們所說的結構模態，都是在真空中的結構模態，不考慮周圍流體的影響下的模態，這種模態可以稱為“干模態”，即不受流體影響的模態。
而實際中，我們通常計算的結構都是被流體“包圍”著，例如在空氣中行駛的汽車，周圍被空氣包圍著，在水中行駛的船，周圍被水包圍著，或者部分被水包圍著。
在不考慮車身周圍的空氣的影響下，我們計算的車身模態都是干模態，因為空氣的密度比較小，空氣對車身模態的影響比較小，我們可以把車身的干模態當成車身在空氣中的濕模態，即忽略空氣的影響，誤差也不會太大。
而在水中行駛的船，由于水的密度比較大，水對結構模態的影響比較大，如果忽略水的影響，那么計算出來的模態(干模態)就與實際的船的模態誤差就很大，此時就必須考慮水的影響，計算濕模態。
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。
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 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算及濕模態分析
濕模態的概念
通常我們所說的結構模態，都是在真空中的結構模態，不考慮周圍流體的影響下的模態，這種模態可以稱為“干模態”，即不受流體影響的模態。
而實際中，我們通常計算的結構都是被流體“包圍”著，例如在空氣中行駛的汽車，周圍被空氣包圍著，在水中行駛的船，周圍被水包圍著，或者部分被水包圍著。
在不考慮車身周圍的空氣的影響下，我們計算的車身模態都是干模態，因為空氣的密度比較小，空氣對車身模態的影響比較小，我們可以把車身的干模態當成車身在空氣中的濕模態，即忽略空氣的影響，誤差也不會太大。
而在水中行駛的船，由于水的密度比較大，水對結構模態的影響比較大，如果忽略水的影響，那么計算出來的模態(干模態)就與實際的船的模態誤差就很大，此時就必須考慮水的影響，計算濕模態。
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。
展開 
【流固耦合】降落傘充氣過程流固耦合分析
在充氣過程中，傘衣的結構大變形與傘衣周圍流場變化的相互耦合是十分復雜的。因此，想要通過理論模型求解該過程是非常難以實現，而數值仿真技術將提供較好的解決思路。
降落傘的數值模擬是典型的流固耦合問題。解決該問題的主要思路是：應用計算流體動力學模擬降落傘的流場特征，通過結構有限元法模擬降落傘的結構特性，然后把兩者通過迭代耦合的方式結合起來，完成降落傘的數值模擬。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，初始狀態設定為半折疊狀態，如圖1所示，將其保存為stp格式并導入Hypermesh中進行前處理。確定傘繩初始長度，并設定頂點位置，通過line功能建立傘繩線條。根據幾何模型大小對流體域進行建模，可設置為圓柱體域空間，選擇合適的尺寸對上述部件進行網格劃分，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，關鍵字為MAT_034,其密度為500kg/m3，彈性模量400MPa，泊松比0.15，厚度設置為2mm。傘繩選擇離散梁單元材料，關鍵詞為MAT_071，其中密度為400kg/m3，彈性模量97000MPa，截面積可自行設置。流體域賦予理想氣體，并設定空氣流速為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。計算結果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態（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
文章內容轉自“云數仿真”微信公眾號
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展開 技術鄰周報Q11：單元選擇/LS-DYNA模態分析/iSolver/流固耦合/ABAQUS/跌落分析/CFD/散熱/DEFORM
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1、iSolver案例分享：有缺口工字梁四點彎曲
作者：Infinite_9882
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813708
結構有限元求解器iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本帖以有缺口工字梁四點彎曲分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計算結果進行對比，比對兩種有限元軟件的計算結果。
2、基于流固耦合的金屬板落入水中激起浪花現象模擬
作者：??????2o.
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813792
利用LS-DYNA進行跌落分析計算是其在民用領域的重要功能。比如常見的家電抗震性能測試、冰箱跌落等。從底層算法上來講，冰箱跌落、家電產品跌落抗震性測試在軟件操作技術上都是相通的，這都可以看成一個物體從一種介質落入另一中介質中。因此，本文從最簡單的矩形金屬板跌入水中來探索跌落仿真模擬的實現，這對于理解跌落分析的軟件操作實現具有一定的實際意義。
3、石拱橋的模態分析及動力響應
作者：
汐顏
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813797
對拱橋進行模態分析，分析其固有頻率和振型模態，對拱橋的設計具有重要意義。模型密度為2430kg/m3，彈性模量5X106Pa，泊松比0.3的線彈性各向同性材料。
展開 hypermesh optistruct 之 汽車燃油箱濕模態分析（虛擬質量法、流固耦合） ￥10
人懶，不想擼視頻，寫了分析教程PPT，準備了例子文件及計算結果，可自行查看。
汽車燃油箱（油箱+油液）濕模態分析.pptx（教程）
fuel_demo.rar（包含.fem以及.h3d）
不懂可以問
ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS在原有Mechanical APDL(也叫ANSYS Classical)的基礎上，相繼合并開發了ANSYS Workbench CFX和ANSYS CFX,從12.0版本開始又合并集成了另一款著名的計算流體力學軟件FLUENT。通過堅持不懈的努力，ANSYS流固耦合分析從單向到雙向、從簡單二維模型到復雜三維模型、從小變形分析到基于動網格或網格重構的大變形分析，功能不斷增加，分析能力大幅加強、分析結果日益精確。
同時，由于集成了多個產品，流固耦合的分析使用方法也變得多種多樣，比如可以通過Mechanical APDL Product Launcher設置基于MFX的雙向耦合分析，可以通過Mechanical APDL本身設置與CFX或FLUENT的單向耦合分析，可以通過ANSYS Workbench設置與CFX和FLUENT的單向耦合分析，通過ANSYS Workbench平臺設置ANSYS和CFX的雙向耦合分析，
到13.0版本雖然還不支持ANSYS與FLUENT的雙向耦合分析，但是通過第三方軟件MPCCI也可以輕松實現雙向耦合分析，具體的可行性設置方式如表1所示。
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