直接耦合的案例
CAE黑話：耦合場/順序耦合/直接耦合/流固耦合(FSI)
做CAE仿真，理清各類“耦合”概念是跨入多物理場分析的第一步。今天直接拆解4個(gè)核心黑話，建議工程師在做復(fù)雜系統(tǒng)仿真前明確這些基本定義。
耦合場 (Coupled Field) 真實(shí)物理世界中，聲、熱、力、電磁等物理場往往不是孤立存在的，它們相互影響的過程就是耦合。例如電機(jī)發(fā)熱導(dǎo)致結(jié)構(gòu)熱膨脹，這就涉及到電磁-熱-力多場耦合。
順序耦合 (Sequential Coupling) “串聯(lián)”解法。先計(jì)算物理場A，將A的結(jié)果（如溫度分布）作為外部載荷提取出來，單向傳遞給物理場B（如結(jié)構(gòu)場）進(jìn)行求解。優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算成本低，適用于單向影響主導(dǎo)的場景。
直接耦合 (Direct Coupling) “并聯(lián)”解法。將多個(gè)物理場的自由度放在同一個(gè)大型剛度矩陣中，在一個(gè)求解器里同步迭代求解。適用于物理場之間相互作用強(qiáng)、必須實(shí)時(shí)反饋的場景（如壓電效應(yīng)）。精度極高，但極度消耗計(jì)算資源。
流固耦合 FSI (Fluid-Structure Interaction) 工程中最常見的一類耦合。流體的流動產(chǎn)生壓力使固體發(fā)生變形，而固體的變形又反過來改變了流體的流場（如風(fēng)機(jī)葉片形變、橋梁風(fēng)振）。按反饋程度也分為單向FSI和雙向FSI。
展開 CAE黑話：耦合場/順序/直接/流固耦合
耦合場分析是高階工程師必須掌握的核心技能。
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1?? 耦合場 (Coupled Field) 兩個(gè)或多個(gè)物理場（如：熱-結(jié)構(gòu)、流-固、電-磁-熱）相互影響、共同作用。一個(gè)場的計(jì)算結(jié)果直接影響另一個(gè)場的輸入條件或系統(tǒng)屬性。
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2?? 順序耦合 (Sequential Coupled Solving) 按順序一個(gè)接一個(gè)地求解物理場。例如：先計(jì)算溫度場，將溫度場結(jié)果（節(jié)點(diǎn)溫度）作為熱載荷施加到結(jié)構(gòu)場上進(jìn)行應(yīng)力分析。
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特點(diǎn)： 計(jì)算簡單，收斂性好，但僅考慮單向影響，精度受限。
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3?? 直接耦合 (Direct Coupled Solving) 將不同物理場的控制方程合并成一個(gè)單一的、更大的方程組同時(shí)求解。方程組中包含耦合項(xiàng)。
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特點(diǎn)： 考慮完全的雙向耦合，精度最高。但計(jì)算量大，收斂非常困難，對網(wǎng)格質(zhì)量要求極高。
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4?? 流固耦合 (FSI) 一種非常典型的直接耦合。流體的流動和壓力引起固體的變形或運(yùn)動（橙色路徑）；固體的變形或運(yùn)動又反過來改變流體的流場邊界（藍(lán)色路徑）。
展開 abaqus熱力耦合---順序（間接）耦合和完全（直接）完全耦合的結(jié)果對比 ￥200
<p> 前言</p><p>使用abaqus分析熱力學(xué)計(jì)算的例子很多，但是并沒有見有人發(fā)過順序耦合和直接完全耦合的對比，而且網(wǎng)上關(guān)于熱力耦合分析的教程又很少，而相關(guān)書籍上一般都用預(yù)定義場分析均勻溫度場，但是對于梯度載荷需要用到順序耦合或完全耦合。
展開 LMS Virtual.Lab 11聲學(xué)視頻教程 第九課 直接聲振耦合計(jì)算隔聲量
本節(jié)課將使用直接聲振耦合的方法計(jì)算板塊隔聲量，在本課中，還是使用聲學(xué)有限元中的AML方法（FEM-AML），這一課類似的內(nèi)容，在LMS Virtual.Lab 11的On-Line Help中有，這是一個(gè)非常非常典型的例子！在老版本的VL中，大家可以看到李增剛書上計(jì)算板塊隔聲量使用的是邊界元法并且引入了結(jié)構(gòu)模態(tài)，在新版Virtual.Lab 11中引入了結(jié)構(gòu)求解器，所以對于隔聲量計(jì)算這類典型的聲振耦合問題，可以用直接聲振耦合的辦法解決，并且結(jié)合AML快速計(jì)算。此外，在LMS Virutal.Lab中還可以利用AML單元屬性，自動獲取通過聲功率、自動計(jì)算傳遞損失！這些在本課中都有講解！希望大家好好掌握這個(gè)例子
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本教程轉(zhuǎn)自Simwe
原作者Superxjw
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在老版本的VL中，大家可以看到李增剛書上計(jì)算板塊隔聲量使用的是邊界元法并且引入了結(jié)構(gòu)模態(tài)，在新版Virtual.Lab 11中引入了結(jié)構(gòu)求解器，所以對于隔聲量計(jì)算這類典型的聲振耦合問題，可以用直接聲振耦合的辦法解決，并且結(jié)合AML快速計(jì)算。此外，在LMS Virutal.Lab中還可以利用AML單元屬性，自動獲取通過聲功率、自動計(jì)算傳遞損失！這些在本課中都有講解！希望大家好好掌握這個(gè)例子！
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原作者：Superxjw
展開 場路聯(lián)合仿真方法的實(shí)現(xiàn)
（轉(zhuǎn)）
由于常規(guī)的弱耦合方法，在機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)合仿真中，容易造成系統(tǒng)出現(xiàn)不收斂和計(jì)算精度偏差的問題，針對該問題，可以通過采用同步迭代方式和直接強(qiáng)耦合方式來得到解決。
在直接強(qiáng)耦合方式中，求解算法采用同步求解電路、非線性器件和有限元模型，可以從根本上消除弱耦合方法的問題，因此其計(jì)算精度和收斂性都非常好。
在EasiMotor 軟件中，集成了電機(jī) + 控制器仿真的直接耦合分析方法，采用該集成設(shè)計(jì)模塊能夠快速準(zhǔn)確的展開機(jī)電一體化電機(jī)系統(tǒng)的仿真分析，軟件集成了電機(jī)控制的多種常規(guī)控制算法，如下表所示：
對于變頻器 + 電機(jī)應(yīng)用的場合，利用軟件內(nèi)嵌的算法便可以非常方便和快捷的進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)評估，極大程度的方便了一體化驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。
在直接耦合分析過程中，控制算法根據(jù)電機(jī)采樣數(shù)據(jù)，確定功率器件開關(guān)狀態(tài)，并根據(jù) PWM 脈寬確定下一步仿真步長。這樣一方面在直接耦合中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制技術(shù)、外部電路和有限元模型的完整系統(tǒng)仿真，另一方面由于步長根據(jù) PWM 信號確定，因此其仿真計(jì)算量與弱耦合觸發(fā)方式基本一致，如圖 1 為 EasiMotor 中直接耦合算法的設(shè)置界面。
圖 1 電機(jī)與控制器直接耦合分析設(shè)置界面
圖 2 為 EasiMotor 中建立的電機(jī)控
制系統(tǒng)直接耦合分析原理圖。
圖 2 電機(jī)與控制器直接耦合分析原理圖
圖3為直接耦合方式下永磁同步電機(jī)起動過程轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線和電流響應(yīng)曲線，完成該仿真的時(shí)間為1h:33min:36s。
（a）電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線
（b）電機(jī)電流響應(yīng)曲線
圖 3 永磁同步電機(jī)起動響應(yīng)波形
由于直接耦合模式中既解決了弱耦合模式下仿真精度與收斂性的問題，又解決了同步迭代模式下仿真時(shí)間過長的缺陷，因此，該方法尤其適用于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的有限元仿真分析。
展開 學(xué)習(xí)ABAQUS流固耦合來技術(shù)鄰！豐富實(shí)用案例覆蓋全行業(yè)，學(xué)完直接落地
案例答疑與拓展
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2) 案例拓展建議：學(xué)完基礎(chǔ)案例后，講師會提供 “進(jìn)階方向”，如 “在剎車系統(tǒng)案例基礎(chǔ)上，可增加溫度因素，模擬熱態(tài)下的制動尖叫問題”。
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展開 干貨｜教你輕松掌握差分放大電路
通常在阻容耦合放大電路中，前一級的輸出的變化的漂移電壓都落在耦合電容上，不會傳入下一級放大電路。
但在直接耦合放大電路中，這種漂移電壓和有用的信號一起送到下一級被放大，導(dǎo)致電路不能正常工作，所以要采取措施，抑制溫度漂移，雖然耦合電容可以隔離上一級溫漂電壓，但是很多時(shí)候我們要接受處理的是很多微弱的、變化緩慢的弱信號，這類信號不足以驅(qū)動負(fù)載，必須經(jīng)過放大。又不能通過耦合電容傳遞，所以必須通過直接耦合放大電路，那么直接耦合典型電路：就是差分放大電路。
通常克服溫漂的方法是引入直流負(fù)反饋，或者溫度補(bǔ)償。
接下來談?wù)?em>直接耦合電路中，差分放大電路如何抑制零漂電壓穩(wěn)定工作點(diǎn)，和抑制共模信號，并放大差分信號的。
抑制零漂的原理
下面以電路雙端輸出為例:
首先T1和T2特性相同，電路兩邊對稱，在輸入電壓Vi1=Vi2=0V當(dāng)溫度T一定時(shí)，流過T1的電極電流與流過T2集電極的電流一致 即ic1=ic2，那么T1和T2上兩個(gè)集電極電阻的壓降是相等的所以Uo1=Uo2那么輸出電壓Uo就等于零即Uo1-Uo2=Uo=0所以這個(gè)電路可以抑制零漂的。
那么當(dāng)溫度增加△T的時(shí)候還能抑制零漂嗎？答案是能，因?yàn)閮蛇厡ΨQ性能是一樣的它們工作在統(tǒng)一環(huán)境下，當(dāng)溫度上升△T時(shí)，流過兩個(gè)管子集電極的電流也是相等的,即（ic1+△ic1）=（ic2+△ic1） 那么加在兩個(gè)集電極的電壓也是相同的，所以輸出電壓Uo任然為0。
展開 教你輕松掌握差分放大電路
通常在阻容耦合放大電路中，前一級的輸出的變化的漂移電壓都落在耦合電容上，不會傳入下一級放大電路。
但在直接耦合放大電路中，這種漂移電壓和有用的信號一起送到下一級被放大，導(dǎo)致電路不能正常工作，所以要采取措施，抑制溫度漂移，雖然耦合電容可以隔離上一級溫漂電壓，但是很多時(shí)候我們要接受處理的是很多微弱的、變化緩慢的弱信號，這類信號不足以驅(qū)動負(fù)載，必須經(jīng)過放大。又不能通過耦合電容傳遞，所以必須通過直接耦合放大電路，那么直接耦合典型電路：就是差分放大電路。
通常克服溫漂的方法是引入直流負(fù)反饋，或者溫度補(bǔ)償。
接下來談?wù)?em>直接耦合電路中，差分放大電路如何抑制零漂電壓穩(wěn)定工作點(diǎn)，和抑制共模信號，并放大差分信號的。
抑制零漂的原理
下面以電路雙端輸出為例:
首先T1和T2特性相同，電路兩邊對稱，在輸入電壓Vi1=Vi2=0V當(dāng)溫度T一定時(shí)，流過T1的電極電流與流過T2集電極的電流一致 即ic1=ic2，那么T1和T2上兩個(gè)集電極電阻的壓降是相等的所以Uo1=Uo2那么輸出電壓Uo就等于零即Uo1-Uo2=Uo=0所以這個(gè)電路可以抑制零漂的。
那么當(dāng)溫度增加△T的時(shí)候還能抑制零漂嗎？
展開 耦合在電路中的作用是什么？為什么需要耦合？
耦合
1
直接耦合
在直接耦合中，兩個(gè)功能電路直接連通，兩級之間有著直接的影響，在下圖的放大電路中，輸入的信號經(jīng)過三極管T1放大后，直接耦合連接至T2進(jìn)行二級放大，然后再次直接耦合到T3進(jìn)行三極放大。
因?yàn)楦骷夒娐?em>直接連接，會相互影響，常用于低頻的電路和大規(guī)模集成的數(shù)字電路中。
干貨｜教你輕松掌握差分放大電路
通常在阻容耦合放大電路中，前一級的輸出的變化的漂移電壓都落在耦合電容上，不會傳入下一級放大電路。
但在直接耦合放大電路中，這種漂移電壓和有用的信號一起送到下一級被放大，導(dǎo)致電路不能正常工作，所以要采取措施，抑制溫度漂移，雖然耦合電容可以隔離上一級溫漂電壓，但是很多時(shí)候我們要接受處理的是很多微弱的、變化緩慢的弱信號，這類信號不足以驅(qū)動負(fù)載，必須經(jīng)過放大。又不能通過耦合電容傳遞，所以必須通過直接耦合放大電路，那么直接耦合典型電路：就是差分放大電路。
通常克服溫漂的方法是引入直流負(fù)反饋，或者溫度補(bǔ)償。
接下來談?wù)?em>直接耦合電路中，差分放大電路如何抑制零漂電壓穩(wěn)定工作點(diǎn)，和抑制共模信號，并放大差分信號的。
抑制零漂的原理
下面以電路雙端輸出為例:
首先T1和T2特性相同，電路兩邊對稱，在輸入電壓Vi1=Vi2=0V當(dāng)溫度T一定時(shí)，流過T1的電極電流與流過T2集電極的電流一致 即ic1=ic2，那么T1和T2上兩個(gè)集電極電阻的壓降是相等的所以Uo1=Uo2那么輸出電壓Uo就等于零即Uo1-Uo2=Uo=0所以這個(gè)電路可以抑制零漂的。
那么當(dāng)溫度增加△T的時(shí)候還能抑制零漂嗎？答案是能，因?yàn)閮蛇厡ΨQ性能是一樣的它們工作在統(tǒng)一環(huán)境下，當(dāng)溫度上升△T時(shí)，流過兩個(gè)管子集電極的電流也是相等的,即（ic1+△ic1）=（ic2+△ic1） 那么加在兩個(gè)集電極的電壓也是相同的，所以輸出電壓Uo任然為0。
展開 ansys apdl 耦合物理場命令流分析概述
一 前言
耦合場分析，也稱為多物理場分析，分析不同的物理場的相互作用以解決一個(gè)全局性的工程問題。例如，當(dāng)一個(gè)場分析的輸入依賴于從另一個(gè)分析的結(jié)果，那么分析就會被耦合。耦合方式有：
1.單向耦合---前一個(gè)分析的結(jié)果作為載荷施加給下一個(gè)分析，而下一個(gè)分析的結(jié)果不會影響前一個(gè)場的分析結(jié)果；
例如，在熱應(yīng)力問題中，溫度場會在結(jié)構(gòu)場中引入熱應(yīng)變，但是結(jié)構(gòu)應(yīng)變通常不會影響溫度分布。因此，無需在兩個(gè)現(xiàn)場解決方案之間進(jìn)行迭代。
2.雙向耦合---兩個(gè)物理場的結(jié)果會相互影響。
例如，非線性材料的感應(yīng)加熱中，諧波電磁分析計(jì)算出焦耳熱，該熱在瞬態(tài)熱分析中用于隨時(shí)間變化的溫度解，而溫度的變化會反過來影響電磁場材料屬性的變化，從而改變電磁分析結(jié)果。
二 耦合場分析類型
1.直接耦合場分析
直接方法通常只包含一個(gè)分析，它使用一個(gè)包含所有必需自由度的耦合單元類型，通過計(jì)算包含所需物理量的單元矩陣或單元載荷向量的方式進(jìn)行耦合。
展開 基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
目前，隨著對產(chǎn)品的要求越來越多，單場載荷作用的響應(yīng)，已經(jīng)不能滿足工程需求，所以多場耦合計(jì)算是必不可缺的，基于ANSYS Workbench可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)場，流場，溫度場，電場和磁場的耦合，具備解決復(fù)雜多場耦合的計(jì)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(jì)算，該算法的基本思想是在一個(gè)單元節(jié)點(diǎn)上擁有三個(gè)方向節(jié)點(diǎn)變形+一個(gè)溫度自由度，共四個(gè)自由度，即{UX UY UZ T}，該方法主要解決熱-固強(qiáng)耦合的問題，例如摩擦生熱計(jì)算，塑性變形生熱，粘性生熱計(jì)算，這些問題中結(jié)構(gòu)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(dāng)然還有三種退化單元形狀，建議在計(jì)算中避免使用退化形狀，因?yàn)橥嘶瘑卧獣档颓蠼饩取? 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(gè)模塊分別可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的熱-固直接耦合計(jì)算。
展開 裂隙中的流固耦合仿真方法
今天，來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)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(zhì)中全耦合流體力學(xué)過程的方法。
理解裂隙地質(zhì)介質(zhì)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(xué)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?zé)嵘a(chǎn)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(zhì)中全耦合流體力學(xué)過程的新方法。
為什么使用 COMSOL Multiphysics? 進(jìn)行流體力學(xué)仿真?
一般來說，模擬裂隙介質(zhì)中的耦合流體力學(xué)過程存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。一個(gè)是內(nèi)含大量的天然裂隙的地質(zhì)介質(zhì)的不連續(xù)性的表征，這些裂隙普遍存在許多不同的長度尺度，并經(jīng)常主導(dǎo)系統(tǒng)的整體行為（參考文獻(xiàn) 2）。另一個(gè)是流體力學(xué)耦合機(jī)理的計(jì)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(zhì)的改變）。
在過去的幾年中，科研人員已經(jīng)開發(fā)了大量旨在應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的商業(yè)軟件包和開源研究代碼。然而，其中大多數(shù)必須使用不同的求解器來計(jì)算流體和固體方程，因此必須通過額外的處理步驟來實(shí)現(xiàn)耦合，既不方便也不高效。此外，大多數(shù)現(xiàn)有代碼無法真正同時(shí)表征直接耦合和間接耦合，因此通常必須進(jìn)行假設(shè)或簡化。
展開 