耦合仿真的案例
基于PERA SIM的泵蓋熱結構耦合仿真分析
摘要：本文基于PERA SIM Mechanical通用結構仿真軟件建立了泵蓋熱結構耦合仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分四面體網格、賦予模型不同的材料參數、施加邊界條件和載荷過程，以及分析求解設置，最終得到泵蓋熱變形與熱應力的分析結果，對泵蓋的結構強度設計提供指導建議。
關鍵詞：泵蓋；熱結構耦合；熱變形；熱應力
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1.引言
通過熱結構耦合仿真分析，可以深入理解泵蓋在高溫環境下由于熱膨脹和收縮而產生的熱應力。這些熱應力可能導致泵蓋結構變形、疲勞甚至失效。同時預測泵蓋結構熱變形，對于確保泵蓋與其他部件的配合精度和密封性能至關重要。此外，根據仿真分析的結果，可以對泵蓋的結構設計進行優化，例如增加筋板、改變壁厚或材料配置等，以提高其抗熱應力和抗變形能力。
本文基于PERA SIM Mechanical仿真分析軟件建立了泵蓋熱結構耦合仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分四面體網格、賦予泵蓋材料參數、施加溫度和靜力載荷與邊界條件，以及設置熱結構耦合仿真分析參數，最終得到泵蓋熱變形與熱應力分析結果。分析得到的熱變形結果和熱應力結果，對泵蓋的結構優化設計、壽命評估、密封性能都具有一定的指導意義。
2.問題描述
本文研究對象為泵蓋，主要用于工程機械中需要密閉的箱體結構中，實現傳遞載荷、提供支撐以及保護箱體內部零部件的作用。在使用過程中，利用密封圈和螺栓進行密封和連接裝配。
3.計算結果分析
3.1 模型建立及簡化
泵蓋幾何模型文件格式為x_t，直接導入PERA SIM Mechanical中。
展開 變壓器多場耦合仿真APP
變壓器多場耦合仿真APP可開展電力變壓器的多物理場仿真，可針對變壓器熱故障開展校核，獲得不同發熱功率下變壓器內溫度場分布。
隨著電力行業的發展，電力變壓器的安全性、可靠性和效率等方面的需求越來越高。為了滿足這些需求，現代仿真技術被廣泛應用于電力變壓器的設計、測試和校核。變壓器多場耦合仿真APP是一種新型的仿真工具，可針對電力變壓器的多物理場進行仿真。
變壓器多場耦合仿真APP可以模擬變壓器內部的多種物理場，如電場、磁場和溫度場等。通過這種仿真工具，可以獲得變壓器內部的電場分布、磁場分布和溫度場分布等關鍵參數，以便進行設計和校核。
特別是對于變壓器的熱故障，變壓器多場耦合仿真APP可以提供準確的仿真結果，以便進行校核和評估。通過對不同發熱功率下變壓器內部溫度場的分布進行仿真，可以評估變壓器的熱穩定性和安全性，并對變壓器的設計和制造進行優化。
總之，變壓器多場耦合仿真APP是一種非常有用的工具，可用于電力變壓器的設計、測試和校核。隨著仿真技術的不斷發展，相信這種仿真工具將在未來得到更廣泛的應用，為電力行業的發展做出更大的貢獻。
訪問Simapps，在線計算變壓器多場耦合仿真APP：
https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/72988
展開 往復式壓縮機吸排氣閥組流固耦合仿真研究
在此過程中，閥片的運動是閥片回復力和制冷劑氣體力相互作用和影響產生的結果，也即流體與結構的相互作用，是典型的流固耦合現象。
圖1 往復式冰箱壓縮機
經典的吸排氣系統分析方法通常是應用結構力學和流體動力學理論來建立出簡化的壓縮機吸排氣閥片的運動方程和流場計算模型，進而通過編程實現對吸排氣系統的簡化計算[1]。該方法實現簡單，但對吸排氣過程簡化較大，且不能獲得流場中的相關參數分布情況，對于具體的閥組參數設計指導意義較小。隨著計算機及軟件技術的快速發展，對于類似的問題已經可以通過應用專業的有限元軟件建立三維流固耦合仿真模型來進行仿真研究。Kim J[2]使用商業軟件對壓縮機的閥片動力學進行了2D流固耦合分析，得到二維的溫度和速度矢量分布及閥片的升程曲線，并與實驗值進行對比。Kim H[3]通過外部軟件導入Nastran格式的4節點和6節點網格，對壓縮機排氣過程進行了3D流固耦合仿真，并對排氣閥片進行了仿真優化。Silva J[4]利用CFX+ANSYS Mechanical模塊，實現某壓縮機的吸氣閥片流固耦合仿真，并對其在不同開度下的閥片應力情況進行了分析。武守飛、韓寶坤[5-8]等人使用STAR-CD及Fluent實現了壓縮機閥組的流固耦合仿真，并對閥片運動狀態進行了分析。譚琴、宋明毅[9-12]等人則對轉子式和微型壓縮機的簧 片閥組進行了流固耦合仿真分析，得到了不同工況下閥片的運動規律。
展開 FLUENT動網格案例之十八：基于Fluent19的雙流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的雙流固耦合仿真計算
在FLUENT動網格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算中，介紹了基于FLUENT19線彈性求解模塊的單向流固耦合仿真內容。其實，雙向流固耦合的仿真也能在FLUENT19完全實現。本算例為管道內垂直襟翼在湍流激勵下的變形計算，并且啟用FLUENT的結構模型來模擬由于流體流動而導致的襟翼變形。由于襟翼的變形量足夠大，必須采用雙向流固耦合(FSI)仿真方法。也就是說，流體的流動影響結構的變形，反過來，結構的變形也嚴重影響流體的流動狀態。本算例中Fluent將執行所有的結構計算(而不是使用單獨的結構程序)，并耦合流場仿真計算，因而是雙向流固耦合仿真。界面區域局部網格
固體區域設置和流固耦合界面設置與單向耦合是完全一致的
增加的為動網格設置(也就是結構變形對流場的反饋作用以動網格算法實現的動邊界體現）
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2025大賽優秀作品 | 基于360折疊顯示模組開發的剛柔耦合仿真技術
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：基于360折疊顯示模組開發的剛柔耦合仿真技術
作者：李釗 | 京東方科技集團股份有限公司
關鍵詞：柔性顯示，有限元，剛柔耦合
作者說：
Ansys可結合用戶痛點進行相應工具整合及開發，利用Workbench平臺可進行多物理場的耦合仿真。在Motion開發的初期，軟件仍存在Bug，Ansys迅速在1年內改善我們提出的問題點，最終支撐了技術開發。
自2019年第一款折疊顯示產品問世以來，折疊顯示產品得到了迅速的發展。有限仿真分析技術在折疊顯示的性能提升開發、新形態開發、不良分析方面起到了至關重要的作用。柔性顯示技術開發離不開整機復雜結構的設計。在新形態開發中需要將柔性顯示模組及整機結構結合在一起進行分析，因此在新形態360°折疊顯示技術開發中采用了剛柔耦合仿真技術，很好的解決了屏幕及結構件的不良問題，最終實現了360°折疊顯示。
挑戰/需求
柔性AMOLED幾何中最薄的膜層為微米級別，而柔性整機又是一個結構非常復雜的部件。對于常規的有限元網格數量巨大，求解效率不高，無法支撐快速迭代的仿真需求。需求軟件工具可以進行剛柔耦合的高效仿真模塊。
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 rigid dynamics帶來的剛柔耦合仿真有感
畢竟別人是專門做多剛體動力學仿真的軟件。不過,ANSYS 加入這一模塊的目的，應該主要是為了做剛柔耦合仿真，只在ANSYS內部做，而不要聯合一堆軟件。
所以，雖然rigid dynamics比ADAMS而言，還是有不少差距，但是對于在一個軟件內部做剛柔耦合仿真，ANSYS這種舉措還是有吸引力的。我以前接觸剛柔耦合仿真，都需要在ANSYS中生成模態中性文件，然后導入到ADAMS中，一旦到ADAMS中后，對于連接點，施加載荷的方式有諸多限制，讓人深感不爽。而現在，只是借助于ANSYS做剛柔耦合仿真，則要舒服很多。
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 電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導意義。
重慶大學的技術團隊經過多年積累，在高壓設備和絕緣技術方面積累了深厚的經驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結構基礎上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯合仿真計算，在電力變壓器模型中實現對含有復雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網格自動優化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節；在溫度結果中，可以查看變壓器內部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩態溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監測溫度，工程師可結合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預警或檢修等判斷；二是開展設備部件運行性能參數的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學科耦合優化設計
在渦輪冷卻設計中涉及到眾多的設計參數選擇和優化問題，目前優化技術越來越多的成為產品創新設計中的重要環節；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數學優化算法的大規模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設計效果無疑將起到重要的推動作用。
工程師在渦輪冷卻葉片初步設計方案的基礎上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數為設計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標，利用優化算法不斷改進上述設計變量直到獲得最佳設計方案：
1、基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃氣、渦輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導致渦輪冷卻葉片發生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
基于Ansys Workbench平臺用戶可方便的搭建流-熱-固耦合仿真分析流程，首先對葉片進行幾何前處理、流體域/固體域網格劃分，然后在Ansys CFX中進行流-熱耦合計算，最后導入靜力學分析模塊Static Structural進行流-熱-固耦合分析。用戶還可根據需要進行后續的疲勞、蠕變分析等。Ansys為用戶進行渦輪葉片流-熱-固耦合仿真提供了極大的便利！
展開 基于挖掘機案例的1D&3D耦合仿真解決方案網絡研討會預告
挖掘機的設計涉及多個學科領域，不僅包含機械結構和液壓作動系統，還包括控制系統，這些系統之間相互耦合，共同影響挖掘機整體性能。挖掘機產品的開發涉及眾多的技術領域，其中與數值仿真和CAE密切相關的核心學科領域包括結構有限元、多體動力學、疲勞耐久性分析、振動與聲學仿真、氣動/液壓等流體傳動系統級仿真、機電一體化分析、多學科協同仿真和多學科優化等。挖掘機的性能與這些學科之間具有錯綜復雜的關系，例如：在進行作業與執行能力分析時，需要將流體傳動系統模型與多體動力學模型結合起來進行機電液一體化仿真；在進行結構可靠性和耐久性分析時，需要綜合運用結構有限元、多體動力學與道路載荷及作業載荷分析、疲勞分析，甚至包括機電一體化分析等多種分析方法。
除了仿真分析各學科之間的復雜關聯關系之外，在仿真平臺的外圍還需要解決與CAD系統、試驗系統以及硬件在環仿真平臺之間的集成，因為在開展數值仿真過程中，需要調用CAD模型信息、來自于試驗的信息等，同時也可能需要開展仿真與試驗的相關性分析、硬件在環仿真方面的研究等。
在本次網絡研討會中，LMS技術專家將向您講解和展示LMS 1D&3D耦合仿真解決方案在挖掘機機電液聯合仿真中的應用。從而使您能夠全面了解到LMS 1D&3D耦合仿真解決方案的獨特功能和優勢，以及這些解決方案能夠如何幫助您的產品開發或研究工作。
展開 
LMS Virtual.Lab Motion_視頻教程15之與縮聚有限元模型的剛柔耦合仿真
今天帶來的是與縮聚有限元模型的剛柔耦合仿真，主要用來熟悉ERFEM的使用，需要做剛柔耦合仿真的朋友可以看一看。
LMS Virtual.Lab Motion與縮聚有限元模型的剛柔耦合仿真.pdf
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PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學科耦合優化設計
在渦輪冷卻設計中涉及到眾多的設計參數選擇和優化問題，目前優化技術越來越多的成為產品創新設計中的重要環節；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數學優化算法的大規模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設計效果無疑將起到重要的推動作用。工程師在渦輪冷卻葉片初步設計方案的基礎上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數為設計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標，利用優化算法不斷改進上述設計變量直到獲得最佳設計方案：
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基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃氣、渦輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導致渦輪冷卻葉片發生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
基于Ansys Workbench平臺用戶可方便的搭建流-熱-固耦合仿真分析流程，首先對葉片進行幾何前處理、流體域/固體域網格劃分，然后在Ansys CFX中進行流-熱耦合計算，最后導入靜力學分析模塊Static Structural進行流-熱-固耦合分析。用戶還可根據需要進行后續的疲勞、蠕變分析等。Ansys為用戶進行渦輪葉片流-熱-固耦合仿真提供了極大的便利！
展開 基于Matlab Simulink的三軸運動平臺剛柔耦合仿真
關鍵詞：Simulink；三軸運動平臺；模態綜合法；剛柔耦合；動態仿真；
三軸運動平臺作為精密制造、測試模擬與高端裝備的關鍵部件，其動態性能直接影響系統的定位精度與運行穩定性。多體動力學仿真方法通常將平臺視為純剛性體，忽略結構柔性在高速、高加速運動下引發的彈性變形與振動，導致仿真結果與實際效果之間存在顯著偏差，難以有效指導高精度設計與控制策略優化。針對上述問題，基于模態綜合法原理，在Simulink環境中構建三軸運動平臺的剛柔耦合動力學模型，旨在真實反映系統在運動過程中剛體位移與柔性變形之間的耦合效應，為平臺結構動態特性分析與優化提供可靠的仿真參考。
剛柔耦合動力學研究同時包含大范圍剛體運動與彈性變形相互作用的系統動力學問題。針對三軸運動平臺等多體系統，直接采用有限元法進行全柔性建模將導致自由度龐大、計算效率低下。模態綜合法通過剛柔判別準則選取對系統動態響應貢獻顯著的低階模態，將物理坐標轉換為模態坐標，從而有效降低系統自由度；隨后，將降階后的柔性體模型與剛性部件通過運動副連接，建立完整的剛柔耦合多體系統模型。該方法在保證計算精度的同時顯著提高了仿真效率，其基本流程如圖1所示。
圖1 基于模態綜合法的剛柔耦合建模流程
以圖2所示的三軸機械臂運動平臺為例，將其按照相對運動關系劃分為底座、懸臂、滑臺和工作軸部件，通過自由模態分析進行各部件剛柔耦合判別，將底座、懸臂和工作軸部件建模為柔性體，滑臺部件建模為剛性體。
圖2 三軸機械臂運動平臺模型圖
在此基礎上，采用模塊化建模方式在Simulink環境中構建三軸運動平臺的剛柔耦合仿真模型。
展開 FLUENT動網格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算
在FLUENT動網格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統中固體區域運動控制方程，并將計算得到的邊界運動位移以動網格形式更新流場的邊界條件，從而實現雙向流固耦合仿真。其實，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經是內嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時獲得結構最終位移和流場壓力及速度分布。
固體區域設置
流固耦合界面設置
仿真計算結果
文件列表
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