多場耦合計算的案例
多場耦合算法中的強耦合與弱耦合
多場耦合問題，建立多場之間控制方程和邊界條件后，需要進行多場耦合計算，多場耦合按其求解算法可分兩種：強耦合與弱耦合。（也可以稱之為直接耦合與順序耦合）。強耦合一般是指場與場之間相互作用很強，需要同時求解所推導的多場控制方程組的多個方程，強耦合能夠獲得準確的各場待求變量。而弱耦合解法則是在每個增量步內交替求解單個場的控制方程，即先算一個場，后算另一個場，也就是在單個增量步并未考慮多場耦合作用，從而大大加快計算速度，這種算法相當于在增量步內解耦。
優缺點： 強耦合解法精度高，計算成本大。
弱耦合解法計算效率高，計算精度差。
弱耦合的局限性： 特別是在一個場變量對另一個場影響較大的情況下，比如一個場變化會導致另一個場的變量劇烈變化，在這種情況下可能引起求解的穩定性問題，因為在這種情況下，應該在每步迭代中需要考慮一個場的改變對另一個場的影響，然而在每個增量步內交替計算單個場的時候，是無法考慮這種場與場之間的影響的 。
comsol里面內置了很多模塊，將這些應用模塊聯系起來，可以很容易地耦合各個模塊建立自己想要的多物理場方程，通過不同模塊，選擇方程聯立方程組。然后系統對方程組離散為一個總剛，收集各個場的貢獻，然后對系統離散后的方程組求解，得到各個物理場的待求變量。; Z) q( {. [- s7 ^7 V% o& `
需要指出的是，comsol對每個場或者每個模塊，都存在有限元描述，但這個描述只是象征性的，實際求解的時候并不是用的單個場的有限元描述，而是收集多個場貢獻后，形成總剛而求解。
展開 【10月26-29日 北京】“流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用” 高級專題培訓
“流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用”高級專題培訓
一、課程背景：
ANSYS 軟件因其領先的“虛擬樣機”理念和技術、強大的功能和便捷的操作，迅速發展成為CAE領域中使用范圍最廣、應用行業最多的數值仿真工具，占據了全球該CAE分析領域的大部分市場份額，被廣泛應用于航天、航空、汽車、兵器、船舶、電子、工程設備、重型機械、交通、土建及水利工程等行業，眾多國際化大型公司、企業均采用ANSYS軟件作為其產品設計研發過程中力學性能仿真的平臺。
Ansys workbench強大的多場耦合計算能力為求解復雜的工程多場耦合問題提供了有效的數值試驗方案。為了讓廣大分析人員學習和掌握Ansys workbench強大的建模和仿真分析功能，掌握熱流固多場耦合問題的高效穩定的數值計算方法，特舉辦《流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用》培訓。通過大量的理論和實例講解，使得學員可以在較短時間內掌握熱流固耦合問題的Ansys workbench分析原理與計算方法，掌握Ansys workbench解決流熱固耦合問題的技巧，并解決工程應用中的相關熱點問題。
二、增值服務：
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
課程結束后贈送10套學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
三、授課專家：
主講老師均來自著名高校、科研機構及企業的高級專家和高級工程師，長期從事CAE仿真領域的教學科研工作，從事多項國家重點研發計劃項目，具有資深的技術底蘊和專業背景，擁有豐富的科研及工程技術經驗。
展開 基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
目前，隨著對產品的要求越來越多，單場載荷作用的響應，已經不能滿足工程需求，所以多場耦合計算是必不可缺的，基于ANSYS Workbench可以實現結構場，流場，溫度場，電場和磁場的耦合，具備解決復雜多場耦合的計算問題能力。本文主要探討基于ANSYS Workbench平臺的流-熱-固多場耦合的算法。
完全耦合
完全耦合算法，也稱為直接耦合算法。主要使用耦合場單元求解熱-固的耦合計算，該算法的基本思想是在一個單元節點上擁有三個方向節點變形+一個溫度自由度，共四個自由度，即{UX UY UZ T}，該方法主要解決熱-固強耦合的問題，例如摩擦生熱計算，塑性變形生熱，粘性生熱計算，這些問題中結構的變形與自身的溫度場之間是相互的影響的。如圖給出了SOLID226單元的示意圖，該單元的基本形狀為六面體，當然還有三種退化單元形狀，建議在計算中避免使用退化形狀，因為退化單元會降低求解精度。
圖1 SOLID226單元示意圖
圖2 基于耦合場單元的求解模塊
如圖2所示，給出了熱-固直接耦合的求解模塊，圖2中兩個模塊分別可以進行穩態和瞬態的熱-固直接耦合計算。
展開 多物理場耦合計算，從新建一個文件夾開始——《非線性計算與多物理場耦合》之三 ￥600
<p>本次課程以一個簡單的實際問題出發，講述多物理場耦合方程的推導方法以及離散形式，并手把手從新建一個文件夾開始，帶著大家一起從第一行代碼開始敲。程序結果與ANSYS對比高度吻合，在我的系列視頻課程中免費試看，希望對大家有所幫助。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png" title="屏幕截圖 2021-10-16 173003.png" alt="屏幕截圖 2021-10-16 173003.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png?
展開 
【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用實例
課程背景
Ansys workbench因其領先的理念和技術、強大的功能和便捷的操作，迅速發展成為CAE領域中使用范圍最廣、應用行業最多的數值仿真工具，占據了全球該CAE分析領域的大部分市場份額，被廣泛應用于航天、航空、汽車、兵器、船舶、電子、工程設備、重型機械、交通、土建及水利工程等行業。
Ansys workbench強大的多場耦合計算能力為求解復雜的工程多場耦合問題提供了有效的數值試驗方案。為了讓廣大分析人員學習和掌握Ansys workbench強大的建模和仿真分析功能，掌握熱流固多場耦合問題的高效穩定的數值計算方法，特舉辦《流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用》研修班。本研修班基于Ansys workbench平臺，通過大量的理論和工程實例講解，使得學員可以在較短時間內流-熱-固耦合問題的Ansys workbench分析原理、計算方法與設置技巧。本研修班為流熱耦合、共軛傳熱、熱固耦合、結構熱應力與熱疲勞、流固耦合和流熱固耦合等工程應用中的熱點問題提供了完整的數值解決方案，具有極高的借鑒價值。
時間及地點
2019年8月29-9月01 北京
（第一天報到，授課3天）
主講專家
該講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，壓力容器結構分析與仿真，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，Ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電熱場耦合計算
然而，鋁電解過程是一個電場、磁場、熱場、力場、流場以及濃度場復雜多物理場共同作用的過程，分析各場的作用機理，才能準確的描述鋁電解槽運行規律。開展多物理場仿真研究，逐步掌握鋁電解槽的運行規律，實現高效率、低能耗的鋁電解槽生產是鋁電解技術發展的趨勢。
電熱場耦合計算
1 模型說明
電熱場計算模型主要包括：立柱母線、大母線、陽極導桿、爆炸焊、陽極鋼爪、磷生鐵、陽極炭塊、電解質、鋁液、爐幫、陰極炭塊、鋼棒、扎糊、槽殼、搖籃架以及側部和底部的保溫材料。
槽幫模型的建立是通過建立槽幫橫截面形狀再拉伸而成。通過不斷調整橫截面形狀，可以調整槽幫模型，最終使槽幫表面節點溫度達到電解質結晶點。
拉伸而成的槽幫模型和角部炭塊模型有一部分是重疊的，需要進行布爾操作，而Solidworks里面沒有相減的布爾操作，所以布爾操作在導入workbench后進行。
陽極高度根據換極表確定。
圖1熱場計算整體模型
2 邊界條件
1、電場邊界條件
（1）立柱母線底部施加總電流420KA
（2）陰極鋼棒端頭施加零電位
2、熱場邊界條件
（1）電解槽周圍溫度按照車間實測溫度施加為50℃，覆蓋料表面溫度施加為槽內煙氣溫度120℃，其余位置根據實測結果給出。
（2）覆蓋料與槽罩內的空氣為對流和輻射換熱，綜合傳熱系數由公式確定。
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結構耦合計算
為了節省計算時間，計算熱應力時采用半槽模型進行計算。
圖3 熱應力計算模型
（1）溫度分布邊界直接由電熱場計算結果導入。
（2）位移邊界為AB梁底部的支柱固定。
（3）所施加載荷為：
重力加速度9.8m/s2
槽內熔體的壓力：
上部結構壓力
圖 4 溫度分布由熱場計算結果導入
3 后處理結果和分析
電解槽的總位移以及X，Y，Z方向位移如圖5所示。其中X方向為煙道端到出鋁端，Y方向為進電端到出電端，Z方向為豎直方向。總位移最大值為29.8mm，位于陰極炭塊上表面。由于內襯的熱膨脹和陰極炭塊的鈉膨脹，電解槽有上拱的趨勢，中間的炭塊上拱最明顯。
圖5 電解槽位移計算結果
電解槽應力計算結果如圖6所示。最大應力為422Mpa，位于搖籃架拐角處，此處應力集中比較嚴重。
圖6 電解槽Mises應力
4 小結
本文建立了電解槽熱應力-鈉膨脹耦合計算模型，提出了利用傳熱和擴散的相似性來模擬鈉擴散的方法，并根據計算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉化為熱膨脹，模擬了電解槽的鈉膨脹應力和熱應力。模型中考慮了材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內襯的受熱收縮效應，得出了與實際情況比較相近的結果。
展開 【9月21-23日 北京 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓
各企事業單位：
流-熱-固多場耦合現象廣泛存在于工程產品中，覆蓋于各個行業的應用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設計和分析人員難以處理復雜的熱、結構、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統性培訓比較缺乏，本培訓基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結構設計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設了“流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓”課程。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結構和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養獨立工程結構的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；持本人學生證享有8.5折優惠。
展開 Tdyn 一款集結構、流動、傳熱耦合的多物理場數值模擬軟件
Tdyn軟件是西班牙COMPASS公司研制的多物理場耦合數值模擬計算軟件，能與多數計算機輔助設計軟件（UG、Plo/e、CATIA）和計算機輔助分析軟件（FLUENT、Lsdyna）接口，是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用多物理場耦合數值模擬計算軟件。在機械制造、建筑結構、復合材料、船舶、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫學等領域有著廣泛的應用。Tdyn功能強大，操作簡單方便，現在已成為國際流行的數值模擬分析軟件。
【9月21-23日 鄭州 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓
各企事業單位：
流-熱-固多場耦合現象廣泛存在于工程產品中，覆蓋于各個行業的應用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設計和分析人員難以處理復雜的熱、結構、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統性培訓比較缺乏，本培訓基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結構設計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設了“流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓”課程。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結構和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養獨立工程結構的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；持本人學生證享有8.5折優惠。
展開 【11月16-19日 ?西安】流-熱-固多場耦合工程實例模型計算原理與數值模擬方法
流-熱-固多場耦合工程實例模型計算原理與數值模擬方法
14個實例模型課程中人手一機操作指導
案例01：電路板芯片發熱的熱應力計算
案例02：盤式制動器制動過程摩擦生熱計算
案例03：換熱器單向流熱耦合（共軛傳熱）
案例04：水中移動熱源的雙向流熱耦合
案例05：傳感器探針的單向流固耦合
案例06：風載荷作用下廣告牌的單向流固耦合計算
案例07：結構入水的VOF+FSI耦合計算
案例08：流體流動作用下結構的強度與剛度計算（風載；水流壓力）
案例09：風機流固耦合模態計算
案例10：三通管接頭流固熱耦合計算
案例11：飛機機翼顫振的雙向流固耦合計算
案例12：強迫對流雙向流-熱耦合散熱計算
案例13：閥門開啟過程的雙向流固耦合
案例14：罐車制動過程液體沖擊力的流固耦合計算
課程差異化
1、專注CAE仿真計算，13年大量的工程案例積累
2、6000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
主講專家
首席專家，力學博士，17年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 
多物理場耦合技術的研究進展與發展趨勢
四、多物理場技術的應用及探討
綜上所述，利用基于單元庫的方法實現多物理場耦合計算，每增加一種耦合分析類型，必須推導出該耦合方程，其代價將是巨大的。隨著科學計算不斷發展，人們研究領域的不斷細化和深入，以及計算機計算能力的不斷提高，未來多物理場計算的發展趨勢可以歸結為以下幾點：
1、計算的功能得到更大的擴充。在同一個計算平臺下實現多個科學領域的計算，結構力學、流體力學、電動力學、熱力學、量子力學等等問題，將會在一個統一的仿真分析平臺下完成。
2、多尺度耦合分析。現代科學問題通常是一個完整的系統工程，研究的尺度范圍常常涉及到從米到微米甚至納米級別。例如，對于飛機機翼的研究，機翼結構強度分析屬于米量級的分析，而構成機翼的復合材料分子動力學模型則延伸到納米量級。
3、結構、構件及其材料的一體化設計計算與模擬仿真。系統級的數值模擬將會越來越多，材料庫的出現將會加速此進程。
4、實現真正的多物理場耦合計算。在同一個計算平臺下，實現真正的、實時的多物理場耦合分析，區別于不同計算算法、不同軟件數據互換造成極大的計算資源浪費。多物理場問題將不受算法或軟件的限制，對任意的物理場進行組合從而計算任意的多物理場問題。比如，在電阻應變片上當電流改變時會產生熱量，熱量導致電阻率的改變，從而影響了電流的改變。此時，研究人員需要考慮熱量改變而引起的應變問題，則在原有多物理場系統的基礎上加入結構力學的因素。
5、基于網絡的分布式并行、大規模計算，以及CAD／CAE 的集成化、網絡化、智能化
展開 基于PDE形式的多物理場耦合計算模型 ￥50
<p> 以電力系統中常見的busbar(母排)為例，給母排施加一定的電壓，母排在電流作用下產生了焦耳熱量，在熱量作用下母排結構會發生形變，因此這是一個“電流—熱—結構”的多物理場耦合問題。</p><p> 本案例首先通過軟件自帶模塊計算了此多物理場耦合問題，又通過PDE方程針對該問題開發了相應的計算模塊，并將軟件自帶模塊與PDE模塊計算結果進行對比，證明了PDE模塊的正確性，可以為利用PDE模塊求解多物理場耦合問題提供一定的參考。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202406/attachment/58f8a7e3c67a4b249c4f47469e65999a.jpg" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/58f8a7e3c67a4b249c4f47469e65999a.jpg" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/58f8a7e3c67a4b249c4f47469e65999a.jpg?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/58f8a7e3c67a4b249c4f47469e65999a.jpg?
展開 Tdyn集結構、流動、傳熱耦合的多物理場數值模擬軟件
Tdyn軟件是西班牙COMPASS公司開發的多物理場耦合數值模擬計算軟件，能與多數計算機輔助設計軟件（UG、Plo/e、CATIA）和計算機輔助分析軟件（FLUENT、Lsdyna）接口，是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用多物理場耦合數值模擬計算軟件。在機械制造、建筑結構、復合材料、船舶、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫學等領域有著廣泛的應用。Tdyn功能強大，操作簡單方便，現在已成為國際流行的數值模擬分析軟件之一。
功能模塊
Tdyn CFD+HT 模塊
Ransol模塊，流體動力學求解器
Heatrans模塊，傳熱分析
Advect模塊，質量和組分的傳輸
Ursolver 模塊，通用 ( 用戶定義的 ) 微分方程求解器
Alemesh模塊，網格重分
RamSeries模塊
Basic模塊，線性靜力分析
Dynsol 模塊，動力 ( 模態和直接 ) 分析
Composite模塊，復合材料層合計算工具
Non-linear模塊，非線性，沖擊等先進分析工具
Coupling模塊，隱式流-固結構耦合求解器
SeaFEM模塊
基本模塊，時域多體線性輻射衍射求解器
高級模塊，二階輻射衍射求解器和水彈性分析
展開 多場耦合電磁彈性體的基本理論與計算方法研究
對于這類智能材料系統的研究，首要工作是建立起 能夠準確反映壓電、壓磁傳感器和致動器與主體結構之間相互作用的分析模型，這種分析模 型既要能夠從整體上反映壓電、壓磁智能結構中磁-電-力耦合作用的內在聯系，又要便于運用 必要的數學工具進行分析和計算。
多場耦合電磁彈性體的基本理論與計算方法研究.pdf
