風箏流固耦合仿真的案例
Abaqus風箏到吸盤，快更新你的案例庫！
下面的這些 High Level Abaqus 模型 源文件，等 你 來 拿~
Abaqus風箏流固耦合仿真
2018年，我在慕尼黑交流學習時，一位研究人員介紹了他的風箏發電項目，一組奇特的風箏在天上來來回回劃出“∞”形狀的軌跡，通過風箏繩索的拉力拖動地面上的卷揚機就能發電。當時我就想，能否用Abaqus對這個過程進行仿真模擬、計算不同風速下的發電效率呢？
后來我做了幾個風箏的Abaqus流固耦合仿真，下面這個是普通的三角風箏在弱梯度風場中飛起并穩定的過程，它基本還原了我每年在月亮湖公園帶娃時放風箏的動作：“1平拉、2狂奔、3抖繩，4搞定~”
流場中的風箏
Abaqus放風箏
第二個是Turbo版桶形風箏，“天上亂不亂、濰坊說了算”，每年的濰坊風箏節你都可以看到這種“渦輪增壓大風箏！”，它旋轉的原理是通過頭部的側向排氣孔進行切向推進。額...有沒大佬資助我搞一場Abaqus流固耦合版的”We仿“風箏節？
Abaqus渦輪增壓風箏
Abaqus流固耦合還能這么玩？
Abaqus流固耦合還可以解決很多問題，比如噴射的水管出現蛇形擺動，我們可以計算不同水流速度下管子的拍打幅度和周期，“水管蛇擺”效應在實際中很要命，甩到人身上青一塊紫一塊的，消防員得通過匍匐前進的形式才能摁得住它。
Abaqus水管蛇擺
下面這個是吸盤流固耦合仿真，Abaqus可以計算吸盤的吸力大小，應力、應變。
Abaqus吸盤
還可以模擬顆粒流系統，比如沙漏運行過程中的重量變化。
展開 【流固耦合數值仿真算例】風機葉片流固耦合數值仿真
為了更好地了解風機的結構及特點，提高風機的總體設計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進行計算， 考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析。 下圖為數值模擬結果。
風機在計算域中的示意圖
風機在計算域中的示意圖
風機在簡化氣動力下轉動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風機塔架、機艙的振動響應。
在此種模擬方法下，可以輸出風場縱剖面速度云圖，考慮風機的尾流效應。
單風機尾渦效果展示
雙風機尾渦效果展示
葉片是風力發電機中最基礎和最關鍵的部件，其良好的設計，可靠的質量和優越的性能是保證機組正常穩定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析，可以為風機的總體設計提供一個較為全面的建議及分析方法。
展開 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 Abaqus流場（流-固耦合）仿真案例講解
Abaqus流場（流-固耦合）仿真案例講解
【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 【流固耦合】翼傘后緣偏轉過程的流固耦合動力學特性
翼傘后緣偏轉的操縱過程會顯著改變翼面的整體氣動布局，同時需要多根操縱繩精確協同控制，是典型的氣動與結構緊耦合問題，涉及到的動力學問題復雜多變。對于翼傘系統操縱過程的動力學機理問題研究一直是降落傘領域的關鍵技術和熱點問題。
本文基于 Structured ALE（S-ALE）流固耦合方法對翼傘后緣偏轉過程進行動力學建模和仿真分析。研究翼傘三維模型后緣偏轉過程、傘衣結構場和周圍流場的時變演化規律及分布特性，為進一步指導大型翼傘精確空投系統的飛控系統設計和技術應用提供參考。
流固耦合建模
本文所研究的翼傘后緣偏轉過程是針對充滿鼓包狀態的翼傘三維模型進行的。翼傘系統包括傘衣、傘繩和掛重載荷，幾何模型如圖 1 所示。實際流固耦合仿真過程只考慮傘衣結構與流場的雙向耦合作用；傘繩在翼傘偏轉過程承受拉力，且通過傘繩施加后緣下拉過程的作用力載荷；忽略傘繩與周圍流體的耦合作用和繩索的阻尼效應。
圖 1 翼傘系統三維幾何模型
仿真方法驗證
為避免因流體和結構單元之間尺寸差異過大而導致顯式動力學積分過程可能出現的非物理特征“沙漏現象”，進而引起計算發散，流場網格尺寸與結構網格尺寸盡量接近1∶1，如圖 2 所示。
圖 2 翼傘氣室流固耦合仿真網格模型
本文采用 S-ALE 求解方法對流固耦合模型進行仿真計算，S-ALE 方法與傳統 ALE 方法的基本理論相同，均包括了映射過程的對流輸運、界面重構和歐拉流場與拉格朗日結構相互作用的流固耦合過程。不同的是，在網格的處理方法上，S-ALE 方法采用自動生成網格技術，即流場網格根據控制點設定的方向、增長率、網格尺寸、網格密度等參數在仿真過程中隨著時間步的推進逐漸產生，仿真前無需單獨建立流場網格。這可以極大減小網格處理時間并提高計算效率。
展開 Abaqus管道流場仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
Abaqus管道流場仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
裂隙中的流固耦合仿真方法
今天，來自蘇黎世聯邦理工學院的特邀博主雷清華博士將與我們一起討論一種新的模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的方法。
理解裂隙地質介質中固體變形與流體流動之間的相互作用，對于解決地球科學和巖土工程中的許多核心問題，例如地下挖掘、油氣開采、碳封存、地熱生產和廢物處理，具有重要的意義。本文描述了一種使用COMSOL Multiphysics? 軟件模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的新方法。
為什么使用 COMSOL Multiphysics? 進行流體力學仿真?
一般來說，模擬裂隙介質中的耦合流體力學過程存在兩個主要挑戰。一個是內含大量的天然裂隙的地質介質的不連續性的表征，這些裂隙普遍存在許多不同的長度尺度，并經常主導系統的整體行為（參考文獻 2）。另一個是流體力學耦合機理的計算，包括直接耦合（即固體和流體場之間的相互作用）和間接耦合（即巖石/裂隙性質的改變）。
在過去的幾年中，科研人員已經開發了大量旨在應對這些挑戰的商業軟件包和開源研究代碼。然而，其中大多數必須使用不同的求解器來計算流體和固體方程，因此必須通過額外的處理步驟來實現耦合，既不方便也不高效。此外，大多數現有代碼無法真正同時表征直接耦合和間接耦合，因此通常必須進行假設或簡化。
展開 血管中血液流固耦合仿真 ￥800
本案例建立了包含血管動脈、血液和心肌在內的血管系統模型，基于流-固耦合方法仿真了血液流動過程中，血管動脈和心肌的周期性活動，模擬結果如圖所示：
未考慮心肌下血管動脈和血液的流固耦合作用
考慮心肌下血管動脈和血液的流固耦合作用
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流
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 流固耦合水下爆炸仿真
流固耦合水下爆炸仿真
WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應力仿真
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WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應力仿真
01
案例介紹
如圖所示的螺桿（單）擠出機，擠出量可以設定為800kgh，螺桿轉速340rpm，物料密度700kg/m3，粘度1620Pa.s，物料含水率為30%，要模擬此過程中的流場和螺桿應力分布。
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
基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（二）流固耦合
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接上一篇博客，基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場計算 ，目前已完成了從Hypermesh前處理到Fluent流場計算，獲得了流體結構邊界面的壓強信息，本篇博客將繼續說明后續的流固耦合計算過程。
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編輯
一、建立結構有限元模型
固體區域的結構如下圖所示：
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編輯
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編輯
該結構為中空的薄壁結構，內部有十字交叉的加強筋作為支撐。因此選擇使用殼單元進行結構力學計算，結構計算采用OPtistruct求解器，因此將Hypermesh切換到OPtistruct求解器模塊下
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編輯
導入幾何模型后，提取該薄壁結構的外表面（而不是抽取中面，因為需要保證結構域邊界和流體域邊界能在空間中對上，減小后續壓強數據映射的誤差），內部加強筋則抽取其中面。修補幾何拓補關系后劃分網格，得到完整的結構力學計算所用有限元模型，如下：
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編輯
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編輯
設置屬性與材料，需要注意的是，這里外型面的網格不是在幾何模型的中面位置而是在其外表面，因此需要設置一下pshell屬性里的ZOFFS偏移參數
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編輯
該參數可能為正可能為負，和殼單元的法向相關，至于是否設置正確，可以簡單的通過以下命令查看，該命令可以顯示殼單元的實際厚度，看能否和幾何模型對得上即可。
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編輯
到這里，結構部分的有限元模型便建好了，下一步需要將Fluent里的載荷映射到結構網格上。
展開 水箱注水（無限）流固耦合仿真
本版主要講解往水箱注水的過程， 流固耦合分析，無盡水流遠遠不斷注水。
本次水箱注水流固耦合仿真,采用hypermesh軟件作為網格前處理，之后導出K文件在ls-prepost設置關鍵字，之后保存提交LS-Dyna求解器求解，再將結果文件讀入到ls-prepost后處理。
仿真結果如圖所示：
詳細的建模和設置教程以及最后的計算K文件見：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1197150
