CFD-結構耦合的案例
技術鄰周報Q18：結構設計/Abauqs/氣固耦合/NVH/巖土/iSolver/超彈模型/CFD/動力總成...
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1、結構概念設計之隔震概念設計
作者：建源之光 - 減隔震
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1829722
在地震過程中，造成人員傷亡和財產損失的主要原因是建筑結構的 破壞和倒塌（樓板落地是倒塌的標志） 。因此，要減少或避免地震災害的重要途徑是增加建筑結構的抗震能力，使建筑結構在地震作用下少倒塌或是不倒塌。為了實現這一目標， 傳統的抗震理論是通過增加建筑結構剛度和強度，并保障結構延性儲備，依靠自身強度和塑性變形吸收地震能量，使建筑結構在大震作用下不倒塌。
2、不同擴散模型下煤與瓦斯氣固耦合
作者：康康學長
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1829822
本文章主要通過介紹不同擴散模型下煤與瓦斯氣固耦合案列，探討基質中瓦斯擴散對瓦斯抽采流量以及抽擦效果的影響。首先擴散模型分為3類：(1)雙孔擴散模型(2)單孔擴散模型(3)動態時變擴散模型。
3、Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒
作者：
易公子
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1829859
本篇文章將詳細講解Abaqus/CAE中局部坐標系的一些故事，內容來源于本人平時學習軟件時的心得和官方在線手冊以及曹金鳳老師、石亦平博士編寫的《ABAQUS有限元分析常見問題解答》，分為基礎小白篇（面向初學者）和高手進階篇（面向中級Abaqus仿真師）。
展開 CFD專欄丨為什么需要CFD+DEM耦合方法分析顆粒兩相流？
為什么我們需要CFD+DEM 的耦合方法？
WB12.0化工部件熱結構耦合分析（熱結構耦合，路徑線性化）
huagongbujian有限元應力分析及強度校核報告.doc
化工部件的熱結構耦合分析：
關鍵點：熱結構耦合，路徑線性化，六面體網格，漸變圓角
耦合場分析是WB的優勢功能之一，本報告利用WB做熱結構耦合，評價整體應力。由于報告中涉及隱私內容，故隱去一些關鍵數據和公式，望大家原諒。拋磚引玉，供大家交流學習經驗，共同進步！
CFD結構網格與非結構網格的真相
對于結構網格來說，在數值離散過程中，需要通過結構網格節點間的拓撲關系獲得所有節點的幾何坐標，而對于非結構網格，由于節點坐標是顯式的存儲在網格文件中，因此并不需要進行任何的解析工作。
非結構網格求解器只能讀入非結構網格，結構網格求解器只能讀入結構網格。因為非結構網格求解器缺少將結構網格的幾何拓撲規則映射得到節點坐標的功能，而結構網格求解器無法讀取非結構網格，則是由于非結構網格缺少節點間的拓撲規則。當前完全的結構網格求解器已經不多了（一些古老的有限差分求解器可能還存在），大多數的求解器為非結構求解器，因此網格導出形式常常是非結構的。
因此，對于網格類型：
非結構網格或結構網格與網格存儲方式有關，與網格的形狀無關。
輸出什么類型的網格，取決于目標求解器支持什么類型的網格。
展開 
組合結構化和非結構化網格：CFD 工程師的圣杯
作者：Benoit Mallol，Cadence 高級產品工程經理
在 CFD 歷史上，結構化網格最早出現，至今仍在使用。結構化網格具有幾個主要優點，例如精確度、生成速度和細胞的均勻分布。Automesh（以前稱為 Autogrid） 擅長生產這些類型的網格，非常適合具有任何葉片幾何形狀的渦輪機械應用。
隨著幾何形狀的復雜性開始增加（現在通常有超過 10k 個表面），出現了對另一種類型的網格——具有非結構化屬性的網格的需求。某些幾何形狀的問題在于它們在定義（“臟”或“不干凈”）方面缺乏準確性，并且它們沒有呈現出可以應用標準結構化網格拓撲的任何特定趨勢。CFD 用戶必須花費大量時間來定義這些新拓撲并在開始網格化之前清理幾何體。換句話說，一旦幾何圖形超出了結構化網格應用的經典范圍，爭論就會開始：我們什么時候應該堅持創建結構化網格，而不是簡單地切換到非結構化網格？
如果要考慮的唯一因素是要捕獲的物理特性和所需的精度類型，那么這個問題很容易回答。然而，還有第三個因素：流動求解器必須能夠讀取其背后的網格類型，并且由于大多數流動求解器只接受結構化或非結構化網格，這是一個雙贏的局面。
然而，這種看似雙贏的局面正是 Cadence 提供創新解決方案的地方。Cadence 在為相應應用程序提供正確技術方面享有盛譽，因此，我們的工程師在我們的 CFD 套件中開發了一個解決方案，用戶可以通過單擊在網格劃分方法之間切換，使他們不僅可以在同一項目中訪問--但也在同一個視圖中--所有幾何體的部分，無論首選的網格劃分技術如何。
對于類似葉片的幾何形狀，用戶可以應用結構化方法，對于非旋轉部件，如燃燒室、蝸殼等，用戶可以應用非結構化方法，這兩種方法都在 Automesh 中可用（非結構化模塊以前稱為 Hexpress）。
展開 CFD結構化網格和非結構化網格【學習筆記】
從總體上來說，數值仿真計算中采用的網格可以大致分為結構化網格和非結構化網格兩大類。
1。結構化網格
結構化網格是指網格區域內所有的內部點都具有相同的毗鄰單元,為六面體；在拓撲結構上矩形區域內的均勻網格，其節點定義在每一層的網格線上，且每一層上節點數都相等，但這樣復雜外形的貼體網格生產比較困難。
優點：
在結構化網格中，每一個節點及控制容積的幾何信息必須加以存儲，但該節點的鄰點關系則是可以依據網格編號的規律而自動得出的，因此數據結構簡單，不必專門存儲這類信息，這是結構化網格的一大優點；除此外，還具有的優點是：1：網格生成的速度快；2：網格生成的質量好；3：對曲面或空間的擬合大多數采用參數化或樣條插值的方法得到，區域光滑，與實際的模型更容易接近。它可以很容易地實現區域的邊界擬合，適于流體和表面應力集中等方面的計算。
缺點
適用的范圍比較窄，只適用于形狀規則的圖形。
2。非結構化網格
非結構化網格是指網格區域內的內部點不具有相同的毗鄰單元，可以是多種形狀，四面體（也就三角的形狀），六面體，棱形，也可以是六面體。與網格剖分區域內的不同內點相連的網格數目不同。
優點
非結構畫網格沒有規則的拓撲結構，也沒有層的概念。網格節點的分布是隨意的，因此具有靈活性，
缺點：
計算時需要較大的內存。
3。計算精度主要在于網格的質量（正交性，長寬比），并不決定于拓撲。
來源：流體空間
展開 CFD結構網格與非結構網格的真相
非結構網格求解器只能讀入非結構網格，結構網格求解器只能讀入結構網格。因為非結構網格求解器缺少將結構網格的幾何拓撲規則映射得到節點坐標的功能，而結構網格求解器無法讀取非結構網格，則是由于非結構網格缺少節點間的拓撲規則。當前完全的結構網格求解器已經不多了（一些古老的有限差分求解器可能還存在），大多數的求解器為非結構求解器，因此網格導出形式常常是非結構的。
因此，對于網格類型：
1.非結構網格或結構網格與網格存儲方式有關，與網格的形狀無關。
2.輸出什么類型的網格，取決于目標求解器支持什么類型的網格。
轉自公眾號——ANSYS學習與應用
旨在分享，若侵即刪.
展開 關于CFD網格結構化與非結構化
拓撲其實就是房子的結構。這么理解拓撲比較容易些，以后認識多了，就能徹底通了。
生成結構化網格的軟件gridgen,icem等等都是需要你去建立拓撲，也就是結構，然后軟件好根據你的機構來建立網格，或者砌磚頭，呵呵。
非結構化網格的生成相對簡單，四面體網格基本就是簡單的填充。非結構化六面體網格生成還有些復雜的。但仍然比結構化的建立拓撲簡單多。比如gambit的非結構化六面體網格是建立在從一個面到另外一個面掃描(sweep)的基礎上的。Numeca公司的hexpress的非結構化六面體網格是用的一種吸附的方法。反正你還是要花點功夫。
另外一點就是，結構化網格可以直接應用于各種非結構化網格的CFD軟件，比如你在gridgen里面生成了一個結構化網格，用fluent讀入就可以了。fluent是非結構化網格CFD軟件，它會忽略那些結構化網格的結構信息（也就是B,I,J,K），當成簡單的非結構網格讀入。非結構化六面體網格就不能用在結構化網格的CFD求解器了。
結構化網格仍然是CFD工程師的首選。非結構化六面體網格也還湊合，四面體網格我就不喜歡了。數量多，計算慢，后處理難看。簡單說，如果非結構化即快又好，結構化網格早就被淘汰了。
總結一下：
結構化六面體：建立拓撲（所有軟件gridgen,icem什么的都是一種拓撲概念，界面不一樣罷了），生成網格
非結構化六面體：學習軟件，gambit用掃描方法，hexpress用吸附方法，按照步驟就行了。
非結構化四面體：簡單，看兩頁教程，搞定，就是簡單填充，沒什么技術含量！
其他非結構化網格，棱形等等：學習軟件，按照步驟，很容易。
不管用什么網格軟件，我們最好有比較扎實的CAD(pro/e, solidworks, UG什么的)基礎。熟練的CAD技術太重要了。
展開 THESEUS-FE與CFD雙向耦合仿真測試
THESEUS-FE Coupler模塊可實現傳熱—CFD協同仿真。不依賴于第三方軟件，Coupler可實現THESEUS-FE和CFD求解器Star-CCM+或OpenFOAM之間的雙向耦合仿真，最為精確地仿真流體對結構的對流效應和結構溫度對流動的影響。
為測試軟件與CFD雙向耦合聯合仿真功能，用以下二維測試算例演示軟件與CFD聯合求解工作流程。
1、
計算模型
算例采用長寬高均為1米的二維測試盒，初始溫度為20℃，如下圖所示，左側受10W/m2的熱源，右側與邊長為1m的流體區域連接，流體區域左側受測試盒加熱，右側固定溫度為0℃，流體區域初始溫度為0℃。計算最終狀態溫度。
2、
計算條件
計算采用theseus-fe與STAR-CCM+聯合仿真，進行穩態計算。
在THESEUS-FE的GUI中進行固體區域邊界條件設置。對于與流體區域連接的一側，設置如下所示邊界條件：
在后續的聯合仿真中，流體溫度和換熱系數會根據流體計算結果不斷修正，同時，THESEUS-FE會將固體區域溫度邊界傳遞給CFD，二者不斷信息交換進行聯合計算。
3、
聯合仿真運行
采用Coupler模塊進行聯合仿真設置，THESEUS-FE將壁面溫度傳遞給CFD，同時CFD傳遞換熱系數和流體溫度，如下圖所示：
4、
聯合仿真結果
測試盒最終計算結果溫度分布及單元15溫度歷史曲線如下：
耦合仿真計算完成，使用耦合仿真技術可得到高精度的熱分析結果，應用快捷簡便。Coupler tigong了友好的用戶界面，通過圖形界面引導用戶逐步完成耦合設置，基本實現完全自動化設置。
Theseus-fe與CFD雙向耦合仿真測試.pdf
展開 THESEUS-FE與CFD雙向耦合仿真測試
THESEUS-FE Coupler模塊可實現傳熱—CFD協同仿真。不依賴于第三方軟件，Coupler可實現THESEUS-FE和CFD求解器Star-CCM+或OpenFOAM之間的雙向耦合仿真，最為精確地仿真流體對結構的對流效應和結構溫度對流動的影響。
為測試軟件與CFD雙向耦合聯合仿真功能，用以下二維測試算例演示軟件與CFD聯合求解工作流程。
1、 計算模型
算例采用長寬高均為1米的二維測試盒，初始溫度為20℃，如下圖所示，左側受10W/m2的熱源，右側與邊長為1m的流體區域連接，流體區域左側受測試盒加熱，右側固定溫度為0℃，流體區域初始溫度為0℃。計算最終狀態溫度。
2、 計算條件
計算采用theseus-fe與STAR-CCM+聯合仿真，進行穩態計算。在THESEUS-FE的GUI中進行固體區域邊界條件設置。對于與流體區域連接的一側，設置如下所示邊界條件：
在后續的聯合仿真中，流體溫度和換熱系數會根據流體計算結果不斷修正，同時，THESEUS-FE會將固體區域溫度邊界傳遞給CFD，二者不斷信息交換進行聯合計算。
3、 聯合仿真運行
采用Coupler模塊進行聯合仿真設置，THESEUS-FE將壁面溫度傳遞給CFD，同時CFD傳遞換熱系數和流體溫度，如下圖所示：
4、 聯合仿真結果
測試盒最終計算結果溫度分布及單元15溫度歷史曲線如下：
耦合仿真計算完成，使用耦合仿真技術可得到高精度的熱分析結果，應用快捷簡便。Coupler提供了友好的用戶界面，通過圖形界面引導用戶逐步完成耦合設置，基本實現完全自動化設置。
Theseus-fe與CFD雙向耦合仿真測試.pdf
展開 基于Abaqus/CFD與Abaqus/Explicit的流固耦合
案例簡述：彈性板狀結構在持續強風（8級）載荷作用下的動力學響應，彈性板因界面風壓產生結構變形，結構變形引起流場變化即風壓改變，界面風壓的改變導致結構產生新的變形，是一個典型的流固耦合作用過程，可以通過Simulia Co-simulation Engine耦合Abaqus/CFD與Abaqus/Explicit兩個求解器來求解流場與結構響應，由于Abaqus/CFD只支持3D流場分析，這里用具有一定厚度、近似2D的的流場進行分析，以減小計算量。
展開 
CFD專欄丨電池電芯熱電耦合仿真
SimLab 電池熱電耦合模型
從2022.3版本開始 SimLab 增加了Battery模塊，用于模擬電荷守恒與電池模塊中的能量方程耦合。在這種方法中，電芯被建模為一個均勻的介質，可以模擬電壓-電流的響應和相關熱量的產生。該解決方案具有單電位（single potential ）和多尺度多維（Multi-Scale Multi-dimensional-MSMD）兩種方法。
單電位方法使用等效電路模型（ECM）來表征電壓-電流響應，并將其作為能量方程和邊界條件中的源項應用，基于電池連接組件（例如端子/片、母線和任何其他導電組件）中電勢的電流和端電壓降。
MSMD 使用多尺度方法，其中又分為電芯尺度和子域尺度。在該模型中，兩個電位場在電芯尺度上解析，它們代表正負極集電器的電位。子域模型（目前僅支持ECM模型）表示從常微分方程系統解中得出的電池的電壓-電流響應。子域和電芯尺度之間的域間耦合是通過平均源項來實現的，以消除雙電勢和能量方程中的任何空間依賴性。電芯尺度到子域的耦合是直接在子域方程中使用空間解析變量實現的。電池模組的端子和母線發熱均使用焦耳熱模型。
展開 本田——為什么熱管理 CFD 需要全耦合共軛傳熱仿真
如果沒有同時捕獲共軛傳熱效應的耦合 CFD 仿真，則絕對無法對發動機和排氣系統中的熱相互作用進行準確建模。
圖 5a：發動機表面溫度
圖 5b：發動機周圍的水平剖切面
如圖 6 和圖 7 所示，較大的溫差會導致強烈的輻射傳熱。要在此處實現準確的熱預測，需要將共軛傳熱與輻射模型直接耦合。
圖 6：排氣管的溫度
圖 7：排氣系統的靜態溫度和車身底部的流動結構
用于 ICEV 耦合 CHT 仿真的保真 CFD
結論
完全耦合的 CHT 仿真為車輛的空氣動力學和熱性能提供了更真實的結果。從計算輻射分量到捕獲固體和流體域熱傳遞中涉及的物理現象，Fidelity CFD 只需最少的用戶干預即可完成這一切。隨著汽車行業設計周期的縮短，像 Fidelity CFD 這樣的多方面仿真平臺面臨著在更短的時間內預測車輛熱行為的挑戰。
文章來源：cadence博客
ICEM CFD 學習筆記 結構網格的劃分
ICEM CFD(The Integrated Computer Engineering and Manufacturing code for Computational Fluid Dynamics)是一種專業的CAE前處理軟件。
作為專業的前處理軟件ICEM CFD可為所有世界流行的CAE軟件提供高效可靠的分析模型。它擁有強大的CAD模型修復能力、自動中面抽取、獨特的網格“雕塑”技術、網格編輯技術以及廣泛的求解器支持能力。同時作為ANSYS家族的一款專業分析環境，還可以集成于ANSYS Workbench平臺, 獲得Workbench的所有優勢。ICEM作為fluent和CFX標配的網格劃分軟件，取代了GAMBIT的地位。
ICEM CFD的出現是結構網格劃分領域的一個重大突破，它可以經由使用者不斷優化調整，畫出十分完美的結構網格。但其缺點也十分明顯：學習成本較高，需要花費大量時間來學習并適應ICEM的網格劃分方式，學習如何優化并獲得令人滿意的結構網格。
今天以下圖的
三通管為例，介紹一下如何在ICEM中進行簡單的結構網格劃分。
第一步：導入模型。
此模型較為簡單，既可以從專業的建模軟件中導入，也可以直接在ICEM中通過基礎的點線面建模建成。
第二步：右鍵Geometry中的Surfaces，勾選Solid&Wire和Transparent,幫助我們更好地觀察模型的幾何結構。
第三步：構建拓撲識別
點擊幾何下的幾何修復
點擊第一項構建拓撲識別，并應用
這個過程可以幫助我們判斷模型是否存在瑕疵。拓撲后可能出現三種顏色的線，
黃色說明只有一個面和這條線關聯，說直白點也就是面的邊界線。
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