流固耦合分析的案例
ansys流固耦合分析與工程實(shí)例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
ANSYS流固耦合簡(jiǎn)介
ANSYS 很早便開始進(jìn)行流固耦合的研究和應(yīng)用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和功能已相當(dāng)成熟，可以通過或者不通過第三方軟件(如 MPCCI)實(shí)現(xiàn) ANSYS Mechanical APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。
從算法上講，ANSYS(也包括其他大型商業(yè)軟件)主要采用分離解法也就是載荷傳遞法求解流固耦合問題。但從數(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，流固耦合分析還可以分為兩種：?jiǎn)蜗?em>流固耦合分析(oneway coupling 或 unidirectional coupling)和雙向流固耦合分析(twoway coupling 或bidirectional coupling)。
展開 為什么要進(jìn)行流固耦合仿真
流固耦合 (fluid structure interaction) 研究從20世紀(jì)80 年代以來，受到了世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。流固耦合問題是流體力學(xué)與固體力學(xué)交叉而生成的一門力學(xué)分支，同時(shí)也是多學(xué)科或多物理場(chǎng)研究的一個(gè)重要分支，它是研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體變形對(duì)流場(chǎng)影響這二者相互作用的一門科學(xué)。
流固耦合問題可以理解為既涉及固體求解又涉及流體求解，而兩者又都不能被忽略的模擬問題。因?yàn)橥瑫r(shí)考慮流體和結(jié)構(gòu)特性，流固耦合可以有效節(jié)約分析時(shí)間和成本，同時(shí)保證結(jié)果更接近于物理現(xiàn)象本身的規(guī)律。所以，近年來流固耦合分析在工程設(shè)計(jì)，特別是虛擬設(shè)計(jì)和仿真中的應(yīng)用，越來越廣泛和深入。
虛擬設(shè)計(jì)流程及流固耦合分析
從算法上講，ANSYS CFD、ABAQUS CFD、STAR CCM+等大型通用仿真平臺(tái)主要采用分離解法也就是載荷傳遞法求解流固耦合問題。但從數(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，流固耦合分析還可以分為兩種：?jiǎn)蜗?em>流固耦合分析和雙向流固耦合分析。其中，雙向耦合因?yàn)榍蠼忭樞虻牟煌挚煞譃轫樞蚯蠼夥ê屯瑫r(shí)求解法。
1 單向流固耦合
單向流固耦合分析指耦合交界面處的數(shù)據(jù)傳遞是單向的，一般是指把CFD分析計(jì)算的結(jié)果（如力、溫度和對(duì)流載荷）傳遞給固體結(jié)構(gòu)分析，但是沒有固體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果傳遞給流體分析的過程。也就是說，只有流體分析對(duì)結(jié)構(gòu)分析有重大影響，而結(jié)構(gòu)分析的變形等結(jié)果非常小，以至于對(duì)流體分析的影響可以忽略不計(jì)。單向耦合的現(xiàn)象和分析非常普遍，比如熱交換器的熱應(yīng)力分析、閥門在不同開度下的應(yīng)力分析、塔吊在強(qiáng)風(fēng)中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析等都屬于單向耦合分析。
展開 ANSYS Workbench 單項(xiàng)流固耦合解析
流固耦合問題是流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學(xué) （Computational Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學(xué)分支，同時(shí)也是多學(xué)科或多 物理場(chǎng)研究的一個(gè)重要分支， 它是研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體變形對(duì)流 場(chǎng)影響這二者相互作用的一門科學(xué)。
流固耦合問題可以理解為既涉及固體求解又涉及流體求解， 而兩者又都不能被忽略的模擬
問題。因?yàn)橥瑫r(shí)考慮流體和結(jié)構(gòu)特性，流固耦合可以有效節(jié)約分析時(shí)間和成本，同時(shí)保證結(jié)果更接近于物理現(xiàn)象本身的規(guī)律。 所以， 近年來流固耦合分析在工程設(shè)計(jì)特別是虛擬設(shè)計(jì)和仿真中的應(yīng)用越來越廣泛和深入。
立柱在風(fēng)載下大變形
ANSYS 很早便開始進(jìn)行流固耦合的研究和應(yīng)用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和
功能已相當(dāng)成熟，可以通過或者不通過第三方軟件（如 MPCCI）實(shí)現(xiàn) ANSYS Mechanical
APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。
從算法上講，ANSYS（也包括其他大型商業(yè)軟件）主要采用分離解法也就是載荷傳遞法
求解流固耦合問題。但從數(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，流固耦合分析還可以分為兩種：?jiǎn)蜗?em>流固耦合分析（one way coupling 或 uni directional coupling）和雙向流固耦合分析（two way coupling 或bi directional coupling）。
展開 無人機(jī)葉片顫振的詳細(xì)介紹及流固耦合仿真分析講解（含105講視頻教程）
首先進(jìn)行流體分析，將氣動(dòng)力結(jié)果傳遞到結(jié)構(gòu)分析中；然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將位移結(jié)果反饋到流體分析中。通過不斷迭代計(jì)算，直至整個(gè)分析收斂到一個(gè)較為穩(wěn)定的振動(dòng)區(qū)間內(nèi)。
葉片顫振是一種復(fù)雜的流體誘發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)葉片的疲勞壽命和機(jī)械性能有著重要影響。這里詳細(xì)介紹采用雙向流固耦合對(duì)無人機(jī)葉片顫振進(jìn)行分析。
無人機(jī)葉片顫振流固耦合計(jì)算
流固耦合力學(xué)是用來研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的瞬態(tài)響應(yīng)，以及固體變形后對(duì)流場(chǎng)的反作用關(guān)系，它涉及計(jì)算流體力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等交叉學(xué)科的內(nèi)容，其重要特征是兩相介質(zhì)之間的相互作用。
流體流動(dòng)要遵循三大定律，質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒定律。
動(dòng)力學(xué)的通用運(yùn)動(dòng)方程為：
此方程描述的是典型的非線性自激振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)模型的慣性、剛度和阻尼特性。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析包含眾多研究?jī)?nèi)容，不同的分析類型對(duì)應(yīng)求解不同形式的方程。
在流固耦合問題中，需要將流體域中的基本方程以及結(jié)構(gòu)域的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行聯(lián)立求解。交界面處應(yīng)滿足流體與固體的位移、熱流量、溫度、應(yīng)力等相等。
無人機(jī)葉片雙向流固耦合分析采用多面體網(wǎng)格對(duì)流體域劃分網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格對(duì)固體域劃分網(wǎng)格，流體域的求解采用有限體積法，固體域的求解采用有限元法。
以流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果作為初場(chǎng)，時(shí)間步的選取依賴葉片固有頻率，綜合考慮固體域和流體域?qū)r(shí)間步長(zhǎng)的特殊需求，這里選取時(shí)間步長(zhǎng)為1e-4s。
為了解氣動(dòng)載荷作用下壓縮機(jī)葉片的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特性，需要在葉片表面設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。如下圖所示，圖中紫紅色標(biāo)記點(diǎn)即為監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，設(shè)置在位移變化最大的葉頂處。
通過雙向流固耦合分析，葉片應(yīng)力和位移如下圖，在葉片靠近旋轉(zhuǎn)中心處，應(yīng)力最大，葉片的位移在葉尖處最大。
由葉片位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)可知，葉尖處位移是逐漸收斂的，故可以以此來判定無人機(jī)葉片在這種工況下不會(huì)發(fā)生顫振。
展開 
仿真咨詢實(shí)戰(zhàn)：熱流固耦合分析
TASK
熱流固耦合分析中包括沸騰模型修正、接觸熱阻 計(jì)算和位移的傅立葉分解這三項(xiàng)功能。由于模型中部分區(qū)域發(fā)生了沸騰，非沸騰態(tài)下的換熱公式不再適用于計(jì)算沸騰態(tài)下的換熱量，因此需要對(duì)模型的換熱系數(shù)進(jìn)行修正；接觸熱阻程序?qū)崿F(xiàn)的功能是根據(jù)接觸面之間的實(shí)際接觸面積、接觸表面的材料、接觸面間隙中介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和接觸面的壓力計(jì)算接觸面的接觸熱阻；對(duì)于已知的位移結(jié)果，可以在二維坐標(biāo)系下可以將該平面內(nèi)的位移進(jìn)行傅立葉分解，展開成多階傅立葉級(jí)數(shù)。
SOLUTION
主要技術(shù)挑戰(zhàn)：
沸騰修正涉及結(jié)構(gòu)模型和流體模型之間網(wǎng)格的插值和數(shù)據(jù)傳遞；
接觸熱阻公式較復(fù)雜，涉及物理量較多；
位移傅立葉分解計(jì)算較復(fù)雜；
解決方案：
開發(fā)沸騰修正模板，實(shí)現(xiàn)插值和模型修正功能；
開發(fā)接觸熱阻模板，實(shí)現(xiàn)熱阻公式的計(jì)算；
開發(fā)位移傅立葉分解模板，實(shí)現(xiàn)位移的傅立葉分解，并合并各階結(jié)果；
提供豐富的參數(shù)輸入和輸出界面；
結(jié)論：
形成了完整的熱流固耦合分析模板；
模板包括了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解功能。
Customer Benefit
熱流固耦合分析模板搭建的流程包含了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解的功能，已經(jīng)直接集成在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)仿真分析模板系統(tǒng)中，成為了柴油機(jī)整體仿真方案的一部分。
本文來自安世亞太微信公號(hào)，如果您對(duì)耦合分析有需求或感興趣，歡迎聯(lián)系溝通：
400-6600-388
展開 基于SiPESC平臺(tái)的機(jī)翼流固耦合分析計(jì)算
研究背景及意義
根據(jù)研究，飛行器在飛行過程中由于受到流場(chǎng)的作用會(huì)產(chǎn)生變形，并與流場(chǎng)相互影響，需通過流固耦合分析計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)。針對(duì)亞音速和超音速情況，美國(guó)宇航局(NASA)發(fā)布了開源高階面元法軟件PanAir，計(jì)算飛行器上各點(diǎn)處的壓強(qiáng)系數(shù)。本工作結(jié)合自主SiPESC平臺(tái)的結(jié)構(gòu)有限元分析模塊和PanAir的流體計(jì)算流程對(duì)機(jī)翼模型進(jìn)行耦合分析。
氣動(dòng)載荷的傳遞和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的更新
對(duì)于松耦合類的流固耦合分析算法，如何精確高效的傳遞數(shù)據(jù)是求解精確的基礎(chǔ)，尤其是在氣動(dòng)模型與結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)格差異很大的情況。
對(duì)于SiPESC與PanAir耦合分析，數(shù)據(jù)的傳遞均是基于SiPESC工程數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。首先基于氣動(dòng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，利用徑向基函數(shù)插值算法將氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)。
展開 葉輪機(jī)械專題 | 高精度葉片雙向流固耦合的分析方法
如此大振幅的葉片振動(dòng)將對(duì)葉頂間隙等處流場(chǎng)產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而影響風(fēng)扇/壓氣機(jī)的效率、性能和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)葉片流固耦合方法在處理風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)彈性問題時(shí)通常面臨以下挑戰(zhàn)：
單向流固耦合仿真：在跨音葉柵流場(chǎng)中，葉片大幅振動(dòng)會(huì)對(duì)邊界層分離、激波以及葉頂泄露流產(chǎn)生強(qiáng)烈相互作用而形成強(qiáng)耦合多物理場(chǎng)，難以進(jìn)行單向耦合解耦；
基于頻域分析的多物理場(chǎng)仿真：無法準(zhǔn)確模擬整個(gè)時(shí)間歷程下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況和流場(chǎng)流動(dòng)形態(tài)，難以對(duì)葉片流動(dòng)與振動(dòng)的相互作用進(jìn)行詳細(xì)研究；
CFD軟件與結(jié)構(gòu)軟件之間數(shù)據(jù)交互復(fù)雜、操作繁瑣：不利于工作繁重的工程技術(shù)人員快速學(xué)習(xí)和使用，難以用于工程實(shí)際。
針對(duì)上述難點(diǎn)，Ansys基于葉輪機(jī)專用氣動(dòng)仿真軟件CFX和結(jié)構(gòu)仿真軟件Mechanical，在Workbench平臺(tái)下采用CFX + Mechanical雙向流固耦合方法對(duì)整個(gè)時(shí)域歷程下的葉片流動(dòng)和振動(dòng)耦合狀況進(jìn)行高效、高精度仿真分析。該解決方案操作流程簡(jiǎn)明、計(jì)算精度高，是目前商業(yè)軟件中較為成熟的雙向流固耦合解決方案，適合于對(duì)跨音、大展弦比風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片進(jìn)行雙向流固耦合仿真分析。雙向流固耦合技術(shù)按照解耦程度可以大致劃分為3種：
雙向顯式流固耦合：在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，流體和結(jié)構(gòu)求解不進(jìn)行迭代，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳輸，計(jì)算速度快；只適用于弱耦合問題，強(qiáng)耦合物理問題精度較低；
強(qiáng)耦合流固耦合：流體和固體求解方程組在同一矩陣中同時(shí)求解，求解過程非常復(fù)雜、不易收斂，多用于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域；
雙向隱式流固耦合：流體方程和結(jié)構(gòu)方程單獨(dú)分開在不同的求解器求解，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)流體和結(jié)構(gòu)分別迭代求解，直至交界面上的數(shù)據(jù)完全收斂。
展開 仿真干貨｜云端CAE實(shí)戰(zhàn)案例——Workbench戰(zhàn)斗機(jī)流固耦合分析
03 流固耦合求解
在流體求解完成之后，我們回到Workbench工作界面，拖動(dòng)左側(cè)Static Structural模塊，將流場(chǎng)的幾何與流體的計(jì)算結(jié)果鏈接中即可完成模型與流場(chǎng)壓力的傳遞。
點(diǎn)擊Static Structural模塊中的Model，進(jìn)入結(jié)構(gòu)模塊，對(duì)飛機(jī)機(jī)身的進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置相關(guān)求解參數(shù)，將流場(chǎng)壓力加載到相應(yīng)的流固耦合面，進(jìn)行結(jié)構(gòu)求解。結(jié)構(gòu)求解完成之后選擇機(jī)身的變形云圖以及應(yīng)力云圖進(jìn)行顯示。
機(jī)身變形云圖
機(jī)身應(yīng)力云圖
04 總結(jié)
工程師可根據(jù)流固耦合分析提供的變形和應(yīng)力分布信息，針對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)利用拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)強(qiáng)度富余處進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)的性能和可靠性。這種綜合分析和優(yōu)化方法使工程師能夠針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的局部問題進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，同時(shí)通過拓?fù)鋬?yōu)化，消除不必要的材料使用，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，提高飛機(jī)的飛行效率和燃油經(jīng)濟(jì)性，使飛機(jī)具有更高的性能水平。
展開 基于abaqus/CFD&Standard管道流固耦合變形分析
鑒于abaqus/CFD&Standard/Explicit流固耦合分析的例子少之甚少，我所看到的手冊(cè)中唯一一個(gè)有關(guān)abaqus流固耦合結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形分析的
例子是基于abaqus+fluent+mpcci聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的，故曾經(jīng)懷疑基于abaqus/cfd&standard/explicit流固耦合涉及結(jié)構(gòu)變形分析目前是否能夠?qū)?現(xiàn)，最近偶爾做了個(gè)基于abaqus/cfd&standard管道流固耦合變形的例子，發(fā)現(xiàn)其實(shí)是可以做的，拿出來與大家分享一下，當(dāng)然，還有一
些細(xì)節(jié)問題有待進(jìn)一步探索，希望有對(duì)此感興趣的同仁一起研究探討，比如結(jié)構(gòu)采用殼單元后，收斂性會(huì)相當(dāng)差，這在基于其它軟件的流固
耦合分析中其實(shí)很少出現(xiàn)問題，還有比如流場(chǎng)會(huì)受ALE的影響出現(xiàn)整體網(wǎng)格抖動(dòng)（這個(gè)問題是我在做另一個(gè)FSI涉及結(jié)構(gòu)變形的算例中出現(xiàn)的
怪異現(xiàn)象）。
模型采用abaqus/cfd模塊與abaqus/standard模塊進(jìn)行co-simulation，模型見下圖：
相關(guān)計(jì)算結(jié)果：
放大后的結(jié)構(gòu)變形：
結(jié)構(gòu)壓力分布：
流體瞬時(shí)速度矢量分布：
Co-execution-guan_solid_fluid_2-guan_solid.rar
Co-execution-guan_solid_fluid_2-guan_fluid.rar
展開 流固耦合
FSI流固耦合分析
流固耦合FSI分析1.rar
流固耦合FSI分析2.rar
葉輪機(jī)械專題 | 高精度葉片雙向流固耦合的分析方法
如此大振幅的葉片振動(dòng)將對(duì)葉頂間隙等處流場(chǎng)產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而影響風(fēng)扇/壓氣機(jī)的效率、性能和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)葉片流固耦合方法在處理風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)彈性問題時(shí)通常面臨以下挑戰(zhàn)：
單向流固耦合仿真：在跨音葉柵流場(chǎng)中，葉片大幅振動(dòng)會(huì)對(duì)邊界層分離、激波以及葉頂泄露流產(chǎn)生強(qiáng)烈相互作用而形成強(qiáng)耦合多物理場(chǎng)，難以進(jìn)行單向耦合解耦；
基于頻域分析的多物理場(chǎng)仿真：無法準(zhǔn)確模擬整個(gè)時(shí)間歷程下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況和流場(chǎng)流動(dòng)形態(tài)，難以對(duì)葉片流動(dòng)與振動(dòng)的相互作用進(jìn)行詳細(xì)研究；
CFD軟件與結(jié)構(gòu)軟件之間數(shù)據(jù)交互復(fù)雜、操作繁瑣：不利于工作繁重的工程技術(shù)人員快速學(xué)習(xí)和使用，難以用于工程實(shí)際。
針對(duì)上述難點(diǎn)，Ansys基于葉輪機(jī)專用氣動(dòng)仿真軟件CFX和結(jié)構(gòu)仿真軟件Mechanical，在Workbench平臺(tái)下采用CFX + Mechanical雙向流固耦合方法對(duì)整個(gè)時(shí)域歷程下的葉片流動(dòng)和振動(dòng)耦合狀況進(jìn)行高效、高精度仿真分析。該解決方案操作流程簡(jiǎn)明、計(jì)算精度高，是目前商業(yè)軟件中較為成熟的雙向流固耦合解決方案，適合于對(duì)跨音、大展弦比風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片進(jìn)行雙向流固耦合仿真分析。雙向流固耦合技術(shù)按照解耦程度可以大致劃分為3種：
雙向顯式流固耦合：在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，流體和結(jié)構(gòu)求解不進(jìn)行迭代，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳輸，計(jì)算速度快；只適用于弱耦合問題，強(qiáng)耦合物理問題精度較低；
強(qiáng)耦合流固耦合：流體和固體求解方程組在同一矩陣中同時(shí)求解，求解過程非常復(fù)雜、不易收斂，多用于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域；
雙向隱式流固耦合：流體方程和結(jié)構(gòu)方程單獨(dú)分開在不同的求解器求解，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)流體和結(jié)構(gòu)分別迭代求解，直至交界面上的數(shù)據(jù)完全收斂。
展開 
葉輪機(jī)械專題 | 高精度葉片雙向流固耦合的分析方法
如此大振幅的葉片振動(dòng)將對(duì)葉頂間隙等處流場(chǎng)產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而影響風(fēng)扇/壓氣機(jī)的效率、性能和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)葉片流固耦合方法在處理風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)彈性問題時(shí)通常面臨以下挑戰(zhàn)：
單向流固耦合仿真：在跨音葉柵流場(chǎng)中，葉片大幅振動(dòng)會(huì)對(duì)邊界層分離、激波以及葉頂泄露流產(chǎn)生強(qiáng)烈相互作用而形成強(qiáng)耦合多物理場(chǎng)，難以進(jìn)行單向耦合解耦；
基于頻域分析的多物理場(chǎng)仿真：無法準(zhǔn)確模擬整個(gè)時(shí)間歷程下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況和流場(chǎng)流動(dòng)形態(tài)，難以對(duì)葉片流動(dòng)與振動(dòng)的相互作用進(jìn)行詳細(xì)研究；
CFD軟件與結(jié)構(gòu)軟件之間數(shù)據(jù)交互復(fù)雜、操作繁瑣：不利于工作繁重的工程技術(shù)人員快速學(xué)習(xí)和使用，難以用于工程實(shí)際。
針對(duì)上述難點(diǎn)，Ansys基于葉輪機(jī)專用氣動(dòng)仿真軟件CFX和結(jié)構(gòu)仿真軟件Mechanical，在Workbench平臺(tái)下采用CFX + Mechanical雙向流固耦合方法對(duì)整個(gè)時(shí)域歷程下的葉片流動(dòng)和振動(dòng)耦合狀況進(jìn)行高效、高精度仿真分析。該解決方案操作流程簡(jiǎn)明、計(jì)算精度高，是目前商業(yè)軟件中較為成熟的雙向流固耦合解決方案，適合于對(duì)跨音、大展弦比風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片進(jìn)行雙向流固耦合仿真分析。雙向流固耦合技術(shù)按照解耦程度可以大致劃分為3種：
雙向顯式流固耦合：在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，流體和結(jié)構(gòu)求解不進(jìn)行迭代，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳輸，計(jì)算速度快；只適用于弱耦合問題，強(qiáng)耦合物理問題精度較低；
強(qiáng)耦合流固耦合：流體和固體求解方程組在同一矩陣中同時(shí)求解，求解過程非常復(fù)雜、不易收斂，多用于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域；
雙向隱式流固耦合：流體方程和結(jié)構(gòu)方程單獨(dú)分開在不同的求解器求解，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)流體和結(jié)構(gòu)分別迭代求解，直至交界面上的數(shù)據(jù)完全收斂。
展開 液體靜壓導(dǎo)軌雙向流固耦合-關(guān)于時(shí)間步長(zhǎng)的疑問
我最近在做液體靜壓導(dǎo)軌的雙向流固耦合分析，主要分析油膜壓力導(dǎo)致的止推板變形。
雙向迭代時(shí)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.05s時(shí)可以順利完成迭代，而時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.01s、0.001s、0.0001s等迭代均報(bào)錯(cuò)。
一般選擇較小的時(shí)間步長(zhǎng)有利于雙向耦合的收斂。但是這里較小的時(shí)間步長(zhǎng)反而出錯(cuò)!？實(shí)在令人費(fèi)解~
所建立的模型如下圖所示，模型中的流體域?yàn)橛湍ぃ腆w域?yàn)楣ぷ髋_(tái)止推板。在工作狀態(tài)下，油膜的壓力作用于工作臺(tái)止推板上，將導(dǎo)致止推板的變形。
工作臺(tái)下浮板簡(jiǎn)化為126mmx340mmx44mm的平板。
油膜流場(chǎng)主要由三部分組成：油膜、油腔、節(jié)流孔；油膜大小為126mmx340mm，厚度為0.025mm；H形油腔高度為2mm；中心節(jié)流孔高度1mm，直徑0.5mm。油膜的具體尺寸如下圖所示。
為了研究工作臺(tái)止推板在油膜力的作用下產(chǎn)生的變形，本人基于ansys workbench進(jìn)行了單向流固耦合分析。采用gambit對(duì)油膜進(jìn)行網(wǎng)格劃分，fluent對(duì)油膜流場(chǎng)進(jìn)行求解，具體設(shè)置如下：
Viscous——Laminar
流體材料：Density:822(Kg/m3)；Viscosity: 0.00575(Kg/m-s)。
邊界條件：如下圖所示，pressure inlet：0.5MPa，pressure outlet：0MPa。
Solution methods：SIMPLE 默認(rèn)設(shè)置
仿真得到的壓力分布如下圖所示
將流場(chǎng)壓力導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)上如下圖所示
結(jié)構(gòu)件約束為固定約束，約束如下圖中所示的側(cè)面
得到的結(jié)構(gòu)件變形如下圖所示
可以看到結(jié)構(gòu)件最大變形達(dá)0.008mm，而油膜厚度為0.025mm，結(jié)構(gòu)件的變形將顯著影響油膜的壓力分布，因此需進(jìn)一步進(jìn)行雙向流固耦合分析。
展開 ANSYS12+CFX12流固耦合(FSI)分析+HyperMesh9前處理最為詳盡教程
鑒于目前關(guān)于新版的流固耦合詳細(xì)教程太少，官方教程沒有圖文并茂。
另一方便，為了利用強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分軟件HyperMesh，我想大家還是希望能在HyperMesh中進(jìn)行前處理，畢竟學(xué)習(xí)Workbench前處理還很費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
所以，在此我特意制作了一個(gè)最為詳盡的教程，免費(fèi)提供給大家。教程中解釋詳盡，圖文并茂，只要按照說明一步一步做下去，就能得到正確的分析結(jié)果。
提供一張計(jì)算結(jié)果圖片。
詳細(xì)教程請(qǐng)下載附件：流固耦合FSI分析.rar
并提供固體文件plate.rar和流體網(wǎng)格文件fluid.rar。
流固耦合FSI分析1.rar
流固耦合FSI分析2.rar
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本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)三通管道的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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