ansys 設(shè)置耦合的案例
ANSYS中那個(gè)叫耦合和約束方程的到底是個(gè)什么東西
ANSYS中那個(gè)叫耦合和約束方程的到底是個(gè)什么東西
水哥寄語:
耦合和約束方程一直以來是新手學(xué)習(xí)ANSYS的一個(gè)難點(diǎn)，很多新手對這兩個(gè)名詞沒有一個(gè)明確的概念。當(dāng)然，水哥也不例外，當(dāng)年接觸ANSYS時(shí)，也曾被這兩個(gè)概念折騰了許久。近日更有不少同學(xué)詢問水哥關(guān)于ANSYS中如何設(shè)置耦合與約束方程，本欲做一套系列教程詳細(xì)說明，無奈最近實(shí)在沒時(shí)間，僅以此文解惑一二！
1 概述
首先說個(gè)大概概念，到底耦合和約束方程有什么作用？
我們都知道，當(dāng)我們生成有限元模型時(shí)，我們典型的做法是用單元去連接節(jié)點(diǎn)以建立不同自由度之間的關(guān)系。但是，我們遇到特殊情況時(shí)，例如剛性區(qū)域、鉸接、對稱滑動(dòng)邊界、周期條件等，采用普通單元已經(jīng)不足以表達(dá)這類關(guān)系，這時(shí)便可采用耦合和約束方程來建立節(jié)點(diǎn)自由度之間的特殊關(guān)系，做到我們采用普通單元做不到的自由度連接。
說完上述，相信大家已經(jīng)大概明白這兩個(gè)名詞所代表的大概含義，接下來我們具體說說這兩個(gè)名詞的具體概念以及使用方法。
2、耦合
什么是耦合？
所謂耦合，其實(shí)是一種比較特殊的約束方程，只不過為了區(qū)別于普通一般的約束方程，方便用戶操作，特定提出來的一個(gè)概念。他具體指當(dāng)我們需要迫使兩個(gè)或多個(gè)自由度取得相同值（值未知）時(shí)，可以將這類自由耦合在一起。
耦合自由度集包含一個(gè)主自由度和一個(gè)或多個(gè)其它自由度。耦合只將主自由度保存在分析的矩陣方程里，而將耦合集內(nèi)的其它自由度刪除。計(jì)算的主自由度值將分配到耦合集內(nèi)的所有其它自由度中去。
那么耦合具有哪些特點(diǎn)呢？
展開 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(chǔ)上，相繼合并開發(fā)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(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT。通過堅(jiān)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(fù)雜三維模型、從小變形分析到基于動(dòng)網(wǎng)格或網(wǎng)格重構(gòu)的大變形分析，功能不斷增加，分析能力大幅加強(qiáng)、分析結(jié)果日益精確。
同時(shí)，由于集成了多個(gè)產(chǎn)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(shè)置基于MFX的雙向耦合分析，可以通過Mechanical APDL本身設(shè)置與CFX或FLUENT的單向耦合分析，可以通過ANSYS Workbench設(shè)置與CFX和FLUENT的單向耦合分析，通過ANSYS Workbench平臺(tái)設(shè)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(shí)現(xiàn)雙向耦合分析，具體的可行性設(shè)置方式如表1所示。
展開 ansys流固耦合分析與工程實(shí)例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
2、在Workbench中搭建流固耦合流程。
3、流體求解設(shè)置
網(wǎng)格劃分:抑制固體,對流場區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行劃分,并進(jìn)行邊界命名,包括入口、出口等。
求解設(shè)置
動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域設(shè)置
時(shí)間步控制
4、結(jié)構(gòu)求解設(shè)置
網(wǎng)格劃分。抑制流體區(qū)域網(wǎng)格,對結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行劃分,并重命名。
約束和邊界設(shè)置。
5、流固耦合System Coupling設(shè)置
耦合求解時(shí)間設(shè)置。包括時(shí)間步,總計(jì)算時(shí)間等。
定義流固數(shù)據(jù)傳遞。如：流體向固體傳遞力的數(shù)據(jù),固體向流體傳遞位移數(shù)據(jù)等。
6、仿真結(jié)果查看
流體中主要查看流場改變，固體中主要查看位移、應(yīng)力及應(yīng)變信息。
下載地址：ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例
展開 fluent仿真中對于螺旋管道結(jié)構(gòu)在設(shè)置流固耦合時(shí)為什么設(shè)置不出來？
fluent仿真中對于螺旋管道結(jié)構(gòu)在設(shè)置流固耦合時(shí)為什么設(shè)置不出來？
ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
圖14 禁用流體區(qū)域
圖15 選擇手里面以及CFD中相對于的面
8導(dǎo)入流體載荷
如圖16所示，插入流體載荷，并如圖15所示進(jìn)行屬性設(shè)置。我們可以查看導(dǎo)入的流體載荷，如圖17所示。
圖16 插入流體載荷
9設(shè)置固體約束
約束底面為fixed，進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖18所示。
圖17 顯示導(dǎo)入的流體載荷
圖18 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
10總結(jié)
單向耦合計(jì)算思路很簡單，就是先算流體，然后將流體壓力作為載荷施加到固體上。
下載地址：ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例
換熱器流固熱耦合計(jì)算，四面體網(wǎng)格多面體網(wǎng)格分開畫好后組裝再進(jìn)行計(jì)算設(shè)置(含fluent計(jì)算設(shè)置視頻) ￥30
外部氣流和內(nèi)部水流
組裝后的網(wǎng)格
詳解Icepak和Mechanical的耦合設(shè)置及數(shù)據(jù)傳遞
在Icepak中對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱流場分析，并將溫度載荷傳遞到Mechanical中進(jìn)行熱應(yīng)力分析，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軟件之間的單向耦合。
一、耦合過程操作
1）在Workbench中鼠標(biāo)拖拽完成數(shù)據(jù)傳遞功能的設(shè)置。
2）在Icepak中進(jìn)行溫度場分析，結(jié)果如下：
3）創(chuàng)建Icepak和Mechanical之間的聯(lián)系，其中Icepak中不需要進(jìn)行任何附加設(shè)置，只需建立連線即可。
4）雙擊左圖菜單中的Model，進(jìn)入Mechanical的前處理模塊。其中網(wǎng)格劃分、材料定義均與靜力學(xué)分析操作步驟一樣，無特殊分析設(shè)置。
5）對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
6）進(jìn)行從Icepak導(dǎo)入溫度載荷的設(shè)置。
7）設(shè)置完成后，開始進(jìn)行溫度載荷導(dǎo)入。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊Imported Load (Solution) ，在菜單中選擇Import Load，開始溫度載荷導(dǎo)入。
8）載荷導(dǎo)入時(shí)間與網(wǎng)格數(shù)量、機(jī)器配置有關(guān)，一般只需幾分鐘。
二、載荷傳遞精度說明
溫度載荷傳遞不但要關(guān)注載荷傳遞的便捷性，更重要的是載荷傳遞的精度。以下是從Icepak到Mechanical溫度載荷傳遞的結(jié)果。
由此可見， Icepak和Mechanical載荷傳遞精度非常高，誤差幾乎為零。
展開 基于Ansys WB耦合場瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車盤）
基于Ansys WB耦合場瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析
1、引言
熱-力耦合分析根據(jù)其耦合的方式一般分為順序耦合和完全耦合；順序耦合是單向的，如已知溫度計(jì)算結(jié)構(gòu)體的變形、應(yīng)力、應(yīng)變等；而完全耦合是雙向的，如剎車盤制動(dòng)過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導(dǎo)致盤片變形，變形的盤片進(jìn)一步影響盤片和摩擦片的接觸關(guān)系，又進(jìn)一步的影響摩擦生熱，即力→熱→力→......熱力雙向耦合。
隨著Workbench軟件的更新，再2020以后的版本中加入了耦合場分析模塊，無論是順序耦合和完全耦合，均不需要插入命令流，大大簡化了分析流程。本文采用耦合場瞬態(tài)模塊進(jìn)行完全熱-力耦合分析。
圖1 WB耦合場模塊
2、三維模型搭建與網(wǎng)格劃分
利用solidworks對剎車盤進(jìn)行三維模型的搭建，摩擦片距剎車盤預(yù)定距離為1mm，如圖2所示，導(dǎo)入Hypermesh中進(jìn)行幾何清理（將小孔、窄邊等進(jìn)行優(yōu)化）和網(wǎng)格劃分，如圖3所示，值得注意的是WB對.inp格式（Abaqus）的網(wǎng)格兼容性較好，因此Hypermesh導(dǎo)出網(wǎng)格類型為Abaqus的.inp文件。在這里不再過多的介紹前處理部分，主要針對耦合場的搭建與分析。
圖2剎車盤三維模型
圖3 剎車盤網(wǎng)格劃分
3、耦合場分析搭建
從外部導(dǎo)入.inp網(wǎng)格文件，搭建分析流程，如圖4所示。
圖4 分析流程搭建
3.1 材料定義
材料屬性的定義，參考論文[1]所給出的參數(shù)，如下表所示。
對于熱力耦合分析，比熱容、線膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)是三個(gè)必要的熱力學(xué)參數(shù)。
展開 Ansys Lumerical | 通過微透鏡和端面耦合器將光纖與光子芯片耦合
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在本案例中，我們演示了使用微透鏡和端面耦合器進(jìn)行光纖到光子芯片的耦合。我們引入 Zemax OpticStudio以解決實(shí)際錯(cuò)位情況下通過微光學(xué)元件的傳播問題。作為演示，我們在正常條件下通過各個(gè)步驟查看功率損耗，然后進(jìn)行非理想情況、自定義選項(xiàng)和復(fù)雜的公差研究。我們將討論影響仿真精度的重要模型設(shè)置；然后提供有關(guān)如何分析不同對準(zhǔn)場景或使用自定義光學(xué)元件的指南。
概述
在光子學(xué)中，將信號耦合到芯片是一項(xiàng)獨(dú)特的挑戰(zhàn)，需要精確對準(zhǔn)和復(fù)雜的封裝。鑒于耦合性能對芯片的功能至關(guān)重要，因此這種設(shè)計(jì)因?yàn)楫a(chǎn)量損失、過度設(shè)計(jì)和額外的加工/封裝費(fèi)用占技術(shù)成本的很大一部分也就不足為奇了。隨著行業(yè)趨勢朝著 3D 集成電路內(nèi)共封裝光學(xué)器件的方向發(fā)展，開發(fā)工作流程以準(zhǔn)確模擬可靠性并做出經(jīng)濟(jì)可行的設(shè)計(jì)決策變得勢在必行。
雖然尚無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但耦合是通過光柵耦合器、衰減耦合器或端面耦合器等標(biāo)準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)的。端面耦合器是制造在芯片邊緣的，將光纖靠近芯片邊緣，并采用大尺寸模斑轉(zhuǎn)換器（SSC）將較大的光纖模式絕熱轉(zhuǎn)換為波導(dǎo)模式。雖然這些器件在放置位置和尺寸方面存在限制，但它們可以提供寬帶、偏振不敏感性和低插入損耗（IL）。本征模展開法（EME）是一種沿傳播軸分析導(dǎo)模光學(xué)有效且準(zhǔn)確的方法，非常適合高效仿真SSC器件，而這些器件通常對于FDTD來說太大了。
假設(shè)光纖和SSC之間完美接觸和對準(zhǔn)，這在考慮IL時(shí)是合理的；但這沒法分析錯(cuò)位的容差，也無助于設(shè)計(jì)在制造/封裝變化下穩(wěn)健的系統(tǒng)。為此，我們拓展了結(jié)合Zemax的物理光學(xué)傳播（POP）工具的方法，以可靠地仿真錯(cuò)位并分析更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。
步驟1：Lumerical MODE 中的光纖分析（可選）
使用FDE求解器求解光纖的模式，并通過.ZBF格式將模場導(dǎo)出到OpticStudio。
展開 XFLOW與ABAQUS流固耦合仿真執(zhí)行設(shè)置詳解
XFLOW與ABAQUS流固耦合仿真執(zhí)行設(shè)置詳解
公眾號原文鏈接：
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4OTk5NzU1MA==&mid=2247486168&idx=1&sn=36e2c2de9636fa87449070ef23619c6f&chksm=fdc5be59cab2374fb2fdd9d27164ad4af0a5d41160d290ba9f8a6dbad4a4636fbb83049b2d2d&token=542741014&lang=zh_CN#rd
1、方法截圖
以下截圖內(nèi)容來自
《XFlow2019x_Golden_TutorialGuide》
2、關(guān)于上述截圖內(nèi)容的實(shí)際操作解釋
A）復(fù)制xFLOW的“FSI_II_std_css.xml”文件到當(dāng)前的工作目錄；
B）修改“1”，比如修改為“0.5”，此處的0.5即為在ABAQUS中設(shè)置的時(shí)間。
C）將XFLOW設(shè)置為開始計(jì)算，XFLOW界面上會(huì)顯示"Establishing connection with host $LOCALHOST on port 1024"。
D）在cmd界面輸入E:\>cd DAM，其中的“DAM”為工作目錄文件夾名稱。
然后輸入:
abaqus cse -configure FSI_II_std_css -listenerport 1024
則會(huì)打開耦合引擎。
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(jì)算是很方便的。
在ANSYS中，進(jìn)行流體計(jì)算的軟件主要是FLUENT與CFX，而參與固體力學(xué)計(jì)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(jì)算模塊與固體計(jì)算模塊的相互組合，即可構(gòu)成流固耦合計(jì)算方案。由于本人對于APDL的耦合計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)雙向耦合計(jì)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?cái)?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(jì)算。通常用在固體熱應(yīng)力計(jì)算，或計(jì)算流體載荷在固體上產(chǎn)生的應(yīng)力。一般來說這種計(jì)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(shí)際計(jì)算過程中很少應(yīng)用到，因?yàn)榱黧w計(jì)算中的動(dòng)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(dòng)由流體引起。即流體流動(dòng)導(dǎo)致固體變形，固體變形引起流場的擾動(dòng)。如渦激振動(dòng)就是一種典型情況。
（2）擾動(dòng)由固體引起。固體變形引起流體流場擾動(dòng)，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(shí)際應(yīng)用中都會(huì)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 
hypermesh +dyna的流固耦合等關(guān)鍵設(shè)置+復(fù)雜梁定義
這個(gè)文檔的目的有兩個(gè)：（1）是總結(jié)工作，怕日后需要又要重新摸索；（2）給我一樣在軟件使用中遇到困難的同仁提供一定的參考。這篇文檔的主要工作如下：以半球形結(jié)構(gòu)殼的入水問題為研究背景，以LS-DYNA中的復(fù)雜梁定義為研究對象，在Hypermesh中定義復(fù)雜的梁截面，以I和T型截面為例。
hm文件見附件drop_test
教程文件見pdf文檔
Hypermesh +beam_complex+dyna_setup.pdf
drop_test.rar
ANSYS知識庫 | Maxwell激勵(lì)設(shè)置及網(wǎng)格剖分設(shè)置問題
來源于：ANSYS官網(wǎng)
ANSYS知識庫 | Maxwell激勵(lì)設(shè)置及網(wǎng)格剖分設(shè)置問題（二）
3、如何在Maxwell current激勵(lì)下設(shè)置電流突變（=0）設(shè)置?
定義一個(gè)變量zerotime
定義電流源帶變量
5*1.414*sin(2*pi*180*time+53.7*pi/180)*pwl(zerotime,time)
輸出/輸入電流波形，在0.0055s 時(shí)電流變?yōu)?.
ANSYS知識庫 | Maxwell激勵(lì)設(shè)置及網(wǎng)格剖分設(shè)置問題（一）
一，Maxwell激勵(lì)設(shè)置問題：
1、Maxwell 3D如何出現(xiàn)“Current leak to the air”的報(bào)錯(cuò)信息？
問題描述：
當(dāng)Maxwell3D仿真模型里面包含空心線圈的時(shí)候，有時(shí)候會(huì)報(bào)“Current leak to the air”的錯(cuò)誤信息，截圖如下：
錯(cuò)誤原因：
這是軟件的一個(gè)Bug，在V15之前直接報(bào)錯(cuò)，不提供錯(cuò)誤信息；V16以后，提供報(bào)錯(cuò)信息。
解決辦法：
空心線圈不要建立成360全模型，可以包含一個(gè)非常小的空隙。
