ANSYS流固耦合分析的案例
ansys流固耦合分析與工程實例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
ANSYS流固耦合簡介
ANSYS 很早便開始進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：單向流固耦合分析(oneway coupling 或 unidirectional coupling)和雙向流固耦合分析(twoway coupling 或bidirectional coupling)。
展開 ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計算，通常用于考慮流體與固體間存在強烈的相互作用時，對流體流場與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計算按數(shù)據(jù)傳遞方式可分兩類：單向耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數(shù)據(jù)只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網(wǎng)格節(jié)點位移到流體。雙向耦合則在每一時刻都同時向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的物理量（流體計算發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，固體計算發(fā)送位移數(shù)據(jù)）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進行單向流固耦合計算。我們這里來舉一個最簡單的單向耦合例子：風(fēng)吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計，固體變形對流場影響可以忽略，所考慮的是流體壓力作用在固體上，固體的應(yīng)力分布。當(dāng)然這里的壓力可以換成溫度等其他物理量。
1新建工程
注意是從Fluent →Static Structure。連接圖如1所示。
圖1 工程關(guān)系
圖2 進入DM建模
2 DM創(chuàng)建模型
進入Fluent中的DM進行模型創(chuàng)建，如圖2所示。流固耦合計算中的幾何模型與單純的流體模型或固體模型不同，它要求同時具有流體和固體模型，而且流體計算中只能有流體模型，固體計算中只能有固體模型。建好后的模型如圖3，4，5所示。由于固體模型需要從這里導(dǎo)入，所以我們保留固體與流體模型。
展開 ANSYS流固耦合分析與工程
ANSYS流固耦合分析與工程
ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS在原有Mechanical APDL(也叫ANSYS Classical)的基礎(chǔ)上，相繼合并開發(fā)了ANSYS Workbench CFX和ANSYS CFX,從12.0版本開始又合并集成了另一款著名的計算流體力學(xué)軟件FLUENT。通過堅持不懈的努力，ANSYS流固耦合分析從單向到雙向、從簡單二維模型到復(fù)雜三維模型、從小變形分析到基于動網(wǎng)格或網(wǎng)格重構(gòu)的大變形分析，功能不斷增加，分析能力大幅加強、分析結(jié)果日益精確。
同時，由于集成了多個產(chǎn)品，流固耦合的分析使用方法也變得多種多樣，比如可以通過Mechanical APDL Product Launcher設(shè)置基于MFX的雙向耦合分析，可以通過Mechanical APDL本身設(shè)置與CFX或FLUENT的單向耦合分析，可以通過ANSYS Workbench設(shè)置與CFX和FLUENT的單向耦合分析，通過ANSYS Workbench平臺設(shè)置ANSYS和CFX的雙向耦合分析，
到13.0版本雖然還不支持ANSYS與FLUENT的雙向耦合分析，但是通過第三方軟件MPCCI也可以輕松實現(xiàn)雙向耦合分析，具體的可行性設(shè)置方式如表1所示。
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最近在學(xué)ansys熱分析，在流固耦合分析處卡住了，先把自己整理的資料分享給大家
我自己是沒學(xué)下樣子，希望能幫到需要的人
ANSYS 流固耦合分析實例.pdf
ANSYS流體與熱分析耦合場分析典型工程實例(word版本).pdf
爆炸的流固耦合分析實例
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ANSYS Workbench 單項流固耦合解析
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，同時也是多學(xué)科或多 物理場研究的一個重要分支， 它是研究可變形固體在流場作用下的各種行為以及固體變形對流 場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。因為同時考慮流體和結(jié)構(gòu)特性，流固耦合可以有效節(jié)約分析時間和成本，同時保證結(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)計特別是虛擬設(shè)計和仿真中的應(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：單向流固耦合分析（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 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(xué)計算的模塊主要是APDL（俗稱的經(jīng)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(gòu)成流固耦合計算方案。由于本人對于APDL的耦合計算應(yīng)用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應(yīng)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(lián)合仿真，可以實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)送數(shù)據(jù)信息，另一方并不反回數(shù)據(jù)。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發(fā)送壓力及溫度數(shù)據(jù)。這是最常見的單向耦合計算。通常用在固體熱應(yīng)力計算，或計算流體載荷在固體上產(chǎn)生的應(yīng)力。一般來說這種計算都是基于固體小變形假設(shè)，也就是說固體的形變對流場產(chǎn)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(yīng)用到，因為流體計算中的動網(wǎng)格功能完全可以滿足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應(yīng)用于流體作用于固體變形耦合強烈的領(lǐng)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(dǎo)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(yīng)用中都會經(jīng)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】降落傘充氣過程流固耦合分析
在充氣過程中，傘衣的結(jié)構(gòu)大變形與傘衣周圍流場變化的相互耦合是十分復(fù)雜的。因此，想要通過理論模型求解該過程是非常難以實現(xiàn)，而數(shù)值仿真技術(shù)將提供較好的解決思路。
降落傘的數(shù)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(yīng)用計算流體動力學(xué)模擬降落傘的流場特征，通過結(jié)構(gòu)有限元法模擬降落傘的結(jié)構(gòu)特性，然后把兩者通過迭代耦合的方式結(jié)合起來，完成降落傘的數(shù)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(tài)設(shè)定為半折疊狀態(tài)，如圖1所示，將其保存為stp格式并導(dǎo)入Hypermesh中進行前處理。確定傘繩初始長度，并設(shè)定頂點位置，通過line功能建立傘繩線條。根據(jù)幾何模型大小對流體域進行建模，可設(shè)置為圓柱體域空間，選擇合適的尺寸對上述部件進行網(wǎng)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(guān)鍵字為MAT_034,其密度為500kg/m3，彈性模量400MPa，泊松比0.15，厚度設(shè)置為2mm。傘繩選擇離散梁單元材料，關(guān)鍵詞為MAT_071，其中密度為400kg/m3，彈性模量97000MPa，截面積可自行設(shè)置。流體域賦予理想氣體，并設(shè)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(jié)果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態(tài)（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
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展開 基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（二）流固耦合
如果在ansys workbench內(nèi)進行這個分析，效率會高很多，軟件內(nèi)部本身便有相關(guān)的載荷傳遞的接口。但該方法的優(yōu)勢在于：
（1）可以直接得到流固之間傳遞的數(shù)據(jù)，并可以很靈活的進行修改。
（2）由于Hypermesh強大的前處理能力，當(dāng)結(jié)構(gòu)域的模型非常復(fù)雜時，也可以很方便的進行分析計算。
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ANSYS流固耦合模態(tài)分析計算方法
2)標記流固耦合界面。選取流體單元中流固交界面上的節(jié)點，執(zhí)行FSI命令，標記耦合界面。
3)建立固體結(jié)構(gòu)實體模型。建立固體結(jié)構(gòu)模型，定義單元屬性，采取映射方式進行網(wǎng)格的劃分。
4)施加約束條件。由于流體區(qū)域的尺寸是遠大于固體結(jié)構(gòu)的尺寸，故在流場邊界處的單元節(jié)點上施加壓力(PRES)一0約束。又因為結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)模型，并認為流體區(qū)域在懸臂根部的平面內(nèi)有邊界，所以固體結(jié)構(gòu)模型底部固結(jié)，流場底部定義Z方向約束。
5)選擇求解類型，進行求解。進入SOLUTION求解器，定義分析類型為模態(tài)分析，設(shè)定提取頻率階數(shù)及提取模態(tài)的方法。由于非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣不對稱等問題，故采用非對稱矩陣法(UNSYMMETRIC)進行模態(tài)的提取。
6)查看結(jié)果。進入后處理器，查看結(jié)構(gòu)模型頻率及振型圖。、
展開 
ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥10
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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展開 轉(zhuǎn)載，基于ANSYS Workbench葉輪葉片流固耦合分析
3 結(jié)論
本文通過CFX對離心葉輪進行了單向流固耦合，首先進行了葉輪場的數(shù)值模擬，將葉片表面的水壓力導(dǎo)入結(jié)構(gòu)場，求得葉片最大等效應(yīng)力為180.3MPa（工況1）和76.78MPa（工況2），位于吸力面上緣線。兩個工況所產(chǎn)生的等效應(yīng)力并未超出葉輪的屈服應(yīng)力值，為此該葉輪能在兩個工況下正常的工作，但是在設(shè)計葉輪是要適當(dāng)優(yōu)化葉尖和葉根處的工藝尺寸，以避免應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞破壞現(xiàn)象。
基于ANSYS Workbech+Fluent的泥漿攪拌機流固耦合分析 ￥9.9
11、查看結(jié)果，速度云圖，流場圖，壓強云圖，流線圖等。
12、接下來將通過流體計算的結(jié)果對結(jié)構(gòu)的影響分析。
基于Ansys Workbench的三葉螺旋槳雙向流固耦合分析
隨之而來的問題是，這種新型材料的剛度較低，高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的變形會影響螺旋槳的推進效果，因此有必要考慮輕質(zhì)螺旋槳的流固耦合效應(yīng)。基于以上，本文以Ansys Workbench為平臺，集成Fluent、Transient Structural和System Coupling對某直徑為8m的三葉螺旋槳進行了雙向流固耦合分析，對關(guān)鍵步驟給出了詳細說明。
FSI.pdf
