LSDYNA熱固耦合的案例
Abaqus熱流固耦合——一維熱固結問題
當土壤承受負荷和溫度變化時，必須解決一個描述變形，孔隙流體流動和通過土壤傳熱的方程組耦合問題，以準確預測固結行為。在這個問題中，說明了Abaqus / Standard對一維熱固結建模的能力。研究了一維全飽和土在恒定表面載荷和恒定表面溫度下的固結行為，并將所得結果與Aboustit等人的結果進行了比較。 （1985）。
問題描述
該問題可以視為與1.15.1節“ Terzaghi固結問題”的熱學對應。該部分中的討論同樣適用于此問題，此處不再贅述。圖1.15.6-1顯示了線性彈性土柱在恒定表面壓力和恒定表面溫度下的一維熱彈性固結。該列高7個單位，寬2個單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動的頂表面外，土體的所有側面均不可滲透。頂表面承受1單位的恒定壓力和50單位的恒定溫度。假定土壤已完全飽和。重力被忽略了。 Aboustit等人報道的材料性能。 （1985）被使用。土壤是彈性的，模量為6000單位，泊松比為0.4。土壤的滲透率為4×10-6單位，比重為1單位。由于Aboustit等。 （1985年）只使用了一組熱性質，對于固體和孔隙流體使用相同的熱性質。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導率為0.2單位，熱膨脹系數為0.3×10-6。
One-dimensional thermal consolidation model.
限制了所有垂直于側面的位移以強制執行一維行為。固結分析使用具有自動時間步長的瞬態土固結步驟進行。此問題的時間步進由兩個參數控制：一個參數控制溫度場時間積分的準確性，另一個參數控制孔隙流體流時間積分的準確性。孔隙流體溶液的穩定性極限為
它規定了最小時間增量。該方程式中使用的變量在《 Abaqus Analysis用戶指南》第6.8.1節“耦合的孔隙流體擴散和應力分析”中定義。
展開 基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構耦合分析
需要對發動機尾噴管進行熱結構與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優化設計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時間的變化并進行熱應力分析，最后進行燒蝕層厚度優化設計。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構.pdf
管道的熱固耦合計算及管道熱應力分析!
圖19 中間平面設置圖
圖20 速度云圖
圖21 壓力云圖
圖22 溫度云圖
六、穩態熱分析
完成流體計算之后，單擊B4 進入穩態熱分析模塊，將流體區域抑制，并將固體區域生成網格，生成方法與之前類似。之后右鍵單擊Imported Load—Insert—Temperature 將流體計算的溫度場導入，在固體域溫度的接受面為固體的內表面，之前已經進行定義，直接選用即可，Cfd surface 選用計算的流固界面溫度。右鍵單擊Imported Load，單擊右鍵菜單的ImportedLoad 導入溫度。
右鍵單擊Steady-State Thermal 插入邊界條件，設置外壁面的對流換熱系數為10W/m2·℃，環境溫度為20℃。設置三個入口的端面溫度與入口流體溫度一致。在solution 中插入溫度和總的熱流量。單擊solve 進行求解。
圖23 流場溫度導入
圖24 穩態熱力學計算結果
七、變形及熱應力分析
雙擊C5 進入靜態結構計算模塊右鍵單擊Imported Load 打開右鍵菜單后單擊ImportedLoad 導入固體域的溫度。右鍵單擊Static Structural—Insert—Fixed Support 給三個入口端面施加固定約束。
展開 Samcef 熱燒蝕及熱固耦合分析
Samcef_熱燒蝕及熱固耦合分析.pdf
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結
雖然這個問題說明了埋在土壤中的熱源的物理問題的耦合性質，但是耦合性質相對較弱。因此，雖然孔隙流體流場主要由孔隙流體和孔隙的相對熱體積膨脹驅動，因此直接取決于溫度場，但是熱傳遞問題對孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對流傳熱來實現更強的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導率對空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當前問題中忽略了這些影響。
abaqus熱流固耦合分析.rar
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結.pdf
展開 基于HyperWorks的瞬態熱-固耦合分析 ￥20
前言：HyperWorks具有強大的傳熱分析能力，其操作過程也并不復雜，只需要搞懂一些卡片的設置含義，按照既定的步驟進行操作，就可以實現熱傳遞分析了。本次仿真選擇彎管模型，通過對彎管的一端施加熱源，得到彎管的溫度場隨時間的變化云圖，又由于彎管內積攢的熱能無法在短時間內散出，故會產生熱應力及位移變化，通過仿真后處理可以得到彎管的熱應力分布情況以及隨著時間的變化，彎管內的熱傳遞情況。
一、傳熱分析基本概念
1、熱傳遞方式
熱傳遞共有三種傳遞方式，分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。本次仿真中主要用到前兩種熱傳遞方法。
熱傳導是熱量從系統的一部分傳導到另一部分或由一個系統傳導到另一個系統的現象，通常發生在固體中；熱對流是液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環流動使溫度趨于均勻的過程。
2、熱—固耦合分析
熱固耦合的基本思路是先進行熱傳導分析以獲取結構的溫度場，這個溫度場將作為結構分析的載荷的一部分，耦合分析將按照嚴格的順序進行，通常會先進行熱分析，熱分析影響后續的結構分析，而結構分析對熱分析則沒有影響。
3、常用的熱學材料參數
Thermal expansion coeffcient：熱膨脹系數[A]
Thermal conductivity：熱導率[K]
Heat transfer coefficient：熱傳遞系數[H]
Heat capacity at constant pressure：恒定壓力下的熱容量[CP]
二、有限元建模
本次仿真主要關注1、通過熱源加載進行瞬態熱傳遞過程2、自由對流散熱分析3、熱—固耦合時結構內應力及位移情況。通過本次仿真，你可以學到物體隨著時間的推移，由于外部熱輸入和自然冷卻作用下的溫度變化過程，以及結構受熱應力作用下自身的應力及位移變形情況。
展開 煤層氣注熱開采的熱流-固-全耦合模型
基于朱萬成老師于2011年發表的文章《A model of coal–gas interaction under variable temperatures》，建模。控制方程如下所示：
得到的部分結果如下：
瓦斯壓力云圖
溫度云圖
可以通過請私信聯系我。帖子有限，僅作部分展示。
Workbench LSDYNA的bullet入水流固耦合計算
目前Workbench界面下的LS DYNA模塊可以支持大多數DYNA的關鍵字，其對流固耦合的定義十分方便，下面以一個子dan射入水中的算例介紹workbench LSDYNA的流固耦合設置方法。
模型如圖1所示，上部分為空氣，下部分為水，中間模型為彈體，空氣與液體通過共節點方式劃分網格，彈體單獨進行網格劃分，并且彈體與空氣和水的網格重疊。
圖1 幾何模型
彈體材料為結構鋼，空氣材料通過沖擊線性狀態方程定義，水的材料通過空材料加狀態方程定義，有限元模型如圖2所示。
圖2 有限元模型
通過插入Section控制單元算法，水與空氣選用ALE算法中的1 point ALE Multi-Material Element算法，子dan選用拉格朗日算法中的Constant Stress Solid Element算法。通過Connection_coupling定義流固耦合設置，如圖3，拉格朗日體選擇彈體，ALE體選擇水和空氣。
圖3流固耦合設置
邊界條件為，約束水、空氣、彈體垂直于Z軸方向的自由度，定義邊界為無返射邊界條件，同時給子dan 20m/s的初速度，考慮地球重力，如圖4。
圖4邊界條件設置
求解時長為0.03s，求解結束后可在LS-PrePost中查看計算結果，如圖5所示。
圖5入水計算結果
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展開 SimSolid熱分析及熱固耦合案例講解 衡祖仿真
⑦查看結果：位移&應力
SimSolid中可以通過設置溫度、熱通量、體積熱和對流4種邊界條件設定熱分析場景，并且可以設定每個接觸面的傳熱屬性。在熱分析結束后，通過將前一步結果的溫度場，作為熱載荷施加到線性靜力分析當中，可以進行熱固耦合分析，以得到熱應力及其位移結果。
煤層氣微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
本模型的首先通過介質損耗將電磁場與傳熱場聯立起來以實現微波注熱，這是一個雙場雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動耦合模塊、熱解吸效應、吸附膨脹效應建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學場及滲流場耦合起來，這是一個多場耦合過程；最終建立起一個電磁-熱-流-固全耦合模型。
煤儲層微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
利用 COMSOL 建立一個煤儲層模型，見圖 7-4，模型尺寸為 20 m×6 m，模型中間布置一個瓦斯抽采鉆孔（直徑為 0.075 m）；模型兩側布置兩個微波源，將微波源簡化為兩個矩形波導。
煤儲層微波注熱幾何模型
使用COMSOL5.6版本得到的幾個云圖如下：
煤儲層溫度云圖
煤儲層瓦斯含量云圖
煤儲層滲透率比值(k/k0)云圖
注：以上文字及部分圖片來自于論文《微波輻射下煤體熱力響應 及其流-固耦合機制研究》。
展開 lsdyna箱體注水流固耦合仿真 ￥15
k文件在下面
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側 ￥120
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側
雙向流固耦合lsdyna vs workbench
采用一個簡單的雙向流固耦合算例對比lsdyna和workbench的計算結果，結果顯示dyna的計算結果不太理想，如有疑議，dyna計算的k文件在文中，請dyna高手賜教了。
模型尺寸如下：
厚度方向0.4m。
平板材料E= 2.5e06[Pa];密度2550 kg m^-3 ；泊松比0.35
流體是空氣，密度1kg m^-3 ；粘度0.2 kg/m-s
左側是速度入口邊界，沿x軸方向速度為4m/s；右側為壓力出口，壓強為0；前后及上側為自由滑移壁面；底面及平板為非自由滑移壁面。
幾何模型：
FSI_GEOM.zip
ansys workbench計算模型：
fsi_workbench.7z
lsdyna計算模型：
fsi_dyna.zip 算到5秒
fsi_dyna_to5_5.rar 計算到5.5秒
fsi_dyna_to6.zip 計算到6秒
采用雙精度求解器求解
由于lsdyna中的ICFD只支持四面體網格，所以網格與workbench中的六面體網格不同：
進行流固耦合求解，經常會遇到因為單元畸變而導致的計算終止
壓強與速度的時間歷程動畫與workbench的差異較大，特別是dyna中平板的擺動規律比較奇怪，感覺平板在那自激振動了一樣。
在5秒時刻，對稱面上的速度分布，ansys中的計算結果：
dyna第2個模型文件計算的結果：
dyna第3個模型文件計算的結果：
可以看出不同流體網格下dyna計算的結果有差異，速度值比ansys workbench中的更大，速度分布也非常紊亂。
展開 ansys workbench太陽能加熱鋁鍋熱固耦合 ￥19.89
<p>在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺開展了太陽能加熱鋁鍋的熱-結構耦合（熱固耦合）數值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽輻射加熱過程中的溫度場演化規律及其對結構應力與變形的影響。太陽能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發熱應力集中和局部形變。為了準確模擬實際工況，模型考慮了太陽輻射強度、對流換熱邊界條件及材料熱物性參數的溫度依賴性，通過熱分析模塊計算溫度分布，再將溫度場傳遞至結構模塊進行應力與變形分析，實現溫度場與結構響應之間的耦合。</p><p>分析結果表明，鋁鍋在太陽能加熱過程中鍋底與側壁區域存在明顯的溫差，最大溫度集中在直接受光照區域；而結構響應方面，鍋體邊緣和連接區域產生了較大熱應力，可能成為未來失效的潛在風險點。隨著加熱時間的增長，整體熱變形逐步增加，體現出鋁材料在熱環境下的良好導熱性與一定程度的熱膨脹響應。本研究為太陽能炊具的熱設計與結構優化提供了理論依據和仿真手段，有助于提升其使用壽命和安全性能，也為后續開展多物理場耦合分析奠定基礎。</p><p>1 材料參數</p><p>（1）結構鋼</p><p>其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數、導熱系數如下圖所示。
展開 Comsol-深部、干熱巖儲層水力壓裂熱流固-損傷耦合模型 ￥300
模型簡介：
考慮熱流固-損傷耦合效應，本案例建立了水力裂縫擴展模型，假設材料楊氏模量和抗拉強度滿足weibull分布，邊界施加應力條件，可運用于如下場景：
1、干熱巖儲層壓裂，流體介質可選擇水和二氧化碳，實現壓裂過程裂縫動態擴展模擬；
2、干熱巖儲層采熱開發，分析熱流固-損傷耦合效應對采熱的影響；
3、深部頁巖儲層壓裂，實現水和二氧化碳壓裂裂縫擴展模擬；
4、其他熱流固耦合問題。
部分研究結果圖：
初始楊氏模量分布
損傷分布
壓力分布
溫度分布
參考文獻：
[1] Wei Zhang, Tian-kui Guo, Zhan-qing Qu, et al. Research of fracture initiation and propagation in HDR fracturing under thermal stress from meso-damage perspective. Energy, 2019, 178, 508-521
[2] Lin Wu, Zhengmeng Hou, Yachen Xie, et al. Fracture initiation and propagation of supercritical carbon dioxide fracturing in calcite-rich shale: A coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical simulation.
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