ANSYS流固耦合模塊
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ANSYS流固耦合模塊的視頻教程
#292-ANSYS WORKBENCH流固耦合案例-螺桿擠出機(jī)(泵)流場/受力仿真手把手教程
(流體使用FLUENT模塊，受力使用靜力學(xué)模塊，單向流固耦合)。
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ansys workbench柔性板振動流固耦合
本人是中南大學(xué)的研究生，是做雙向流固耦合這一塊的，講的不好的地方，希望大家可以理解，希望大家多多支持，謝謝。 案例描述：1m高，0.06m厚的彈性板固定在地面上，周邊無風(fēng)！！！在初始0.5s的100pa作用下來回振動，振幅越來越小。仿真此板的受力過程以及空氣阻力對它的影響（說明：模擬中是柔性板先動，然后流體被帶動，之后傳遞給固體）。
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ANSYS流固耦合模塊的實例教程
在ANSYS經(jīng)典模塊下，考慮液體-固體之間的相互作用，常用的二維分析單元類型有Fludi29和Fluid79單元，三維的分析單元類型為Fluid30和Fluid80單元，通過查閱Help文檔，我們可以了解到79單元和80單元可以用來模擬液體的晃動問題，29和30則不能實現(xiàn)。對于以上分析單元類型，在模擬流體性質(zhì)時，不同單元其使用方法也不盡相同。具體用法和材料定義與求解設(shè)置的不同之處，感興趣的可以查閱官方文檔或網(wǎng)上搜尋。
下面以Fluid80單元為例，做一個鋼板水池流固耦合的地震動力分析算例，供參考，不足指出請詳細(xì)指正。
鋼板水池幾何模型
鋼板模型-實體單元來模擬，也可以采用shell181來模擬。
水體模型-采用Fluid80單元模擬
有限元網(wǎng)格劃分
設(shè)置邊界條件和自由度耦合
2. 結(jié)果分析
2.1 模態(tài)分析
模態(tài)分析主要目的是為測得結(jié)構(gòu)的固有頻率、周期和振型，每一階模態(tài)都有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實際振動響應(yīng)。
下面不同水深工況模態(tài)分析自振頻率分析結(jié)果。
2.1.1 1/2水深工況下的自振頻率分析
2.1.2 3/4水深工況下的自振頻率分析
2.1.3 滿水深工況下的自振頻率分析
3.
展開 ANSYS流固耦合簡介
ANSYS 很早便開始進(jìn)行流固耦合的研究和應(yīng)用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和功能已相當(dāng)成熟，可以通過或者不通過第三方軟件(如 MPCCI)實現(xiàn) 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(yè)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(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，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 流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計算，通常用于考慮流體與固體間存在強(qiáng)烈的相互作用時，對流體流場與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計算按數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網(wǎng)格節(jié)點位移到流體。雙向耦合則在每一時刻都同時向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的物理量（流體計算發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，固體計算發(fā)送位移數(shù)據(jù)）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進(jìn)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(fēng)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(yīng)力分布。當(dāng)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(guān)系
圖2 進(jìn)入DM建模
2 DM創(chuàng)建模型
進(jìn)入Fluent中的DM進(jìn)行模型創(chuàng)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(dǎo)入，所以我們保留固體與流體模型。
展開 在ANSYS軟件中使用流固耦合計算是很方便的。
在ANSYS中，進(jìn)行流體計算的軟件主要是FLUENT與CFX，而參與固體力學(xué)計算的模塊主要是APDL（俗稱的經(jīng)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(gòu)成流固耦合計算方案。由于本人對于APDL的耦合計算應(yīng)用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應(yīng)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(lián)合仿真，可以實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)送數(shù)據(jù)信息，另一方并不反回數(shù)據(jù)。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發(fā)送壓力及溫度數(shù)據(jù)。這是最常見的單向耦合計算。通常用在固體熱應(yīng)力計算，或計算流體載荷在固體上產(chǎn)生的應(yīng)力。一般來說這種計算都是基于固體小變形假設(shè)，也就是說固體的形變對流場產(chǎn)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(yīng)用到，因為流體計算中的動網(wǎng)格功能完全可以滿足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應(yīng)用于流體作用于固體變形耦合強(qiáng)烈的領(lǐng)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(dǎo)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(yīng)用中都會經(jīng)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 中仿ADINA提供特有的FSI模塊，可以在同一系統(tǒng)中模擬流體和因大變形、非彈性、接觸及溫度而經(jīng)歷明顯的非線性響應(yīng)的結(jié)構(gòu)之間完全耦合的物理現(xiàn)象。一個完全耦合的流固耦合模型意味著固體的力學(xué)響應(yīng)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(jié)構(gòu)上。
在流體力學(xué)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(jié)構(gòu)的角度看，各種結(jié)構(gòu)單元類型都可以參與FSI過程（即殼單元，2D和3D結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)失穩(wěn)、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(wěn)定性，適用于從低雷諾數(shù)到高雷諾數(shù)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(jié)構(gòu)單元，接觸和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和聲波的耦合分析。
5.ADINA允許流體模型和結(jié)構(gòu)模型使用任意的網(wǎng)格。并且，流體和結(jié)構(gòu)的網(wǎng)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(zhì)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(guān)）。在中仿ADINA中，可將gap邊界條件與接觸功能聯(lián)合使用，以成功模擬汽車和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的閥門的關(guān)閉和開啟現(xiàn)象。
展開 
ANSYS流固耦合模塊的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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ANSYS流固耦合模塊的最新內(nèi)容
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)三通管道的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號
穩(wěn)態(tài)求解：風(fēng)扇用MRF模型，在cell zone conditions中勾選Frame motion，設(shè)置好旋轉(zhuǎn)中心和轉(zhuǎn)速；
一、流固耦合交界面處理方法：
1、在SCDM中設(shè)置共享拓?fù)洌? 2、打開fluent meshing，軟件自動生成contact，每個接觸重命名為interface，在fluent中會自動生成交界面；
3、把自動生成的contact刪除，
ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS在原有Mechanical
概念介紹
流固耦合問題是流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)與固體力學(xué) (Computational
流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計算，通常用于考慮流體與固體間存在強(qiáng)烈的相互作用時，對流體流場與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計算按數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網(wǎng)格節(jié)點位移到流體
目前，隨著對產(chǎn)品的要求越來越多，單場載荷作用的響應(yīng)，已經(jīng)不能滿足工程需求，所以多場耦合計算是必不可缺的，基于ANSYS Workbench可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)場，流場，溫度場，電場和磁場的耦合，具備解決復(fù)雜多場耦合的計算問題能力。本文主要探討基于
流固耦合在醫(yī)學(xué)中也會被用到，本次小編為大家?guī)磲槍θ嗽煅軆?nèi)血液流動的仿真實例。
在開物云平臺上找到Workbench，點擊進(jìn)入
在左側(cè)的Toolbox中找到對應(yīng)的模塊：Fluid Flow(Fluent)和Static Structure。
雙擊“Geometry”，進(jìn)入建模功能。
文件-打開-找到保存的模型文件
一、專題目標(biāo)：
通過培訓(xùn)，使學(xué)員能夠掌握利用AN
SYS系列模塊構(gòu)建流固熱多物理場耦合仿真流程；能夠?qū)こ讨械亩辔锢韴霈F(xiàn)象獨立建模、仿真并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
二、工程案例：10個工程案例
三、典型問題：多物理場仿真流程構(gòu)建。
四、知識點：流固熱多物理場數(shù)據(jù)傳遞方式；流固熱仿真流程；仿真軟件參數(shù)設(shè)置及注意事項。
模態(tài)分析主要目的是為測得結(jié)構(gòu)的固有頻率、周期和振型，每一階模態(tài)都有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實際振動響應(yīng)。--引自《百度百科》
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混凝土重力壩材料參數(shù)如下
彈性模量E=30GPa
