流固耦合（ALE）的案例
PreSys在爆炸與多介質流固耦合中的建模方法：從ALE到SPH的工程實踐
原創 于 2026年2月25日 發布 標簽：#FSI #ExplosionSimulation #ALE #SPH #PreSys #CFD #FEM
在爆炸與沖擊仿真領域，多介質流固耦合（FSI）問題一直是數值計算的核心難點。從空氣沖擊波傳播到結構破壞，再到破片飛散，整個過程涉及強非線性、大變形與多尺度耦合。
基于
PreSys
的工程實踐，這類問題可以通過 ALE + SPH + Lagrange 多方法協同實現穩定求解。
基于LSDYNA的流固耦合模擬滑坡/泥石流ALE與結構FEM之間的撞擊 ￥150
本文的計算采用LS-DYNA平臺，將滑坡體的運動采用ALE的方法模擬，樁體采用FEM的方法模擬。
以下為模擬的案例：
無結構阻擋得模擬結果：
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有結構物耦合作用的：
基于abaqus的變速箱甩油模型（流固耦合、ALE算法） ￥5.99
很多需要進行流固耦合計算的實際案例中，模型一般較為復雜，采用fluent等流體計算軟件所需的前處理比較復雜，而且計算分析所需的時間一般較長，采用自適應的拉格朗日-歐拉算法可以很好的解決這個問題。
因歐拉算法的材料在網格內流動，因此網格本身不會發生變形，因此不用擔心因網格畸變帶來的求解發散等問題，且在處理網格時，流體網格可與結構網格重合，大大簡化了流場，提高了建模效率。
如下以一簡單減速器模型進行示意，采用的是abaqus求解器，后續如果大家關注，可以進行LS-DYNA的建模，計算效果及效率與abaqus相當。
附件為inp模型及設置關鍵步驟，感興趣可以下載。
S-ALE流固耦合結果奇怪，求大佬答疑
做的系泊浮體自由漂浮，出現浮體在水面波動很大的問題，能怎么解決？R13版本
基于ls dyna流固耦合的ale算法水射流破巖
通過ls-dyna流固耦合實現了無限水射流破巖過程，巖石采用111號材料，水流采用9號null材料加eos狀態方程材料并使用ale算法，可以聯系qq2939864873拿k文件
基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術和相場方法的流固耦合模擬 ￥1500
<p>本案例基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術和相場方法模擬容器內流體在自重作用下的流動，且與不同高度阻擋壁的流-固耦合作用過程。該模型可以擴展應用于其它涉及兩相流固耦合的實際工程項目中。模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/896e2842077f418eb6c69dde2ac4bb99.gif" alt="Untitled11.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>阻擋壁高度較小時，水流淹沒流過阻擋壁，阻擋壁發生變形位移</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/f5993448058c451ea59f8b40f80bcc46.gif" alt="Untitled12.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>阻擋壁高度較大時，水流被阻擋在阻擋壁一側，阻擋壁發生變形位移</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p>
展開 S-ALE流固耦合算法在戰斗部自然破片模擬中的應用 ￥6
2.邊界條件及求解控制、輸出控制設置
創建ALE多物質流動材料組（tnt和air）
流固耦合關鍵字（設置tnt驅動戰斗部殼體）
S-ALE無反射邊界設置（和傳統ALE有所不同）
設置對稱平面（xoz和yoz）
03仿真模擬結果
某時刻戰斗部殼體應力速度
某時刻戰斗部殼體速度云圖
戰斗部殼體破片速度穩定曲線圖
展開 基于Ls-dyna的淹沒式ALE流固耦合連續射流破巖效率研究
1、使用hypermesh進行網格前處理；
2、使用Ls-pre-post進行關鍵字添加，并使用“include”關鍵字將核心關鍵字和網格k文件進行關聯，以方便后續使用同一套網格的算例相關仿真參數修改。
【流固耦合】降落傘充氣過程流固耦合分析
在充氣過程中，傘衣的結構大變形與傘衣周圍流場變化的相互耦合是十分復雜的。因此，想要通過理論模型求解該過程是非常難以實現，而數值仿真技術將提供較好的解決思路。
降落傘的數值模擬是典型的流固耦合問題。解決該問題的主要思路是：應用計算流體動力學模擬降落傘的流場特征，通過結構有限元法模擬降落傘的結構特性，然后把兩者通過迭代耦合的方式結合起來，完成降落傘的數值模擬。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，初始狀態設定為半折疊狀態，如圖1所示，將其保存為stp格式并導入Hypermesh中進行前處理。確定傘繩初始長度，并設定頂點位置，通過line功能建立傘繩線條。根據幾何模型大小對流體域進行建模，可設置為圓柱體域空間，選擇合適的尺寸對上述部件進行網格劃分，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，關鍵字為MAT_034,其密度為500kg/m3，彈性模量400MPa，泊松比0.15，厚度設置為2mm。傘繩選擇離散梁單元材料，關鍵詞為MAT_071，其中密度為400kg/m3，彈性模量97000MPa，截面積可自行設置。流體域賦予理想氣體，并設定空氣流速為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。計算結果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態（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
文章內容轉自“云數仿真”微信公眾號
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展開 【流固耦合】翼傘后緣偏轉過程的流固耦合動力學特性
翼傘后緣偏轉的操縱過程會顯著改變翼面的整體氣動布局，同時需要多根操縱繩精確協同控制，是典型的氣動與結構緊耦合問題，涉及到的動力學問題復雜多變。對于翼傘系統操縱過程的動力學機理問題研究一直是降落傘領域的關鍵技術和熱點問題。
本文基于 Structured ALE（S-ALE）流固耦合方法對翼傘后緣偏轉過程進行動力學建模和仿真分析。研究翼傘三維模型后緣偏轉過程、傘衣結構場和周圍流場的時變演化規律及分布特性，為進一步指導大型翼傘精確空投系統的飛控系統設計和技術應用提供參考。
流固耦合建模
本文所研究的翼傘后緣偏轉過程是針對充滿鼓包狀態的翼傘三維模型進行的。翼傘系統包括傘衣、傘繩和掛重載荷，幾何模型如圖 1 所示。實際流固耦合仿真過程只考慮傘衣結構與流場的雙向耦合作用；傘繩在翼傘偏轉過程承受拉力，且通過傘繩施加后緣下拉過程的作用力載荷；忽略傘繩與周圍流體的耦合作用和繩索的阻尼效應。
圖 1 翼傘系統三維幾何模型
仿真方法驗證
為避免因流體和結構單元之間尺寸差異過大而導致顯式動力學積分過程可能出現的非物理特征“沙漏現象”，進而引起計算發散，流場網格尺寸與結構網格尺寸盡量接近1∶1，如圖 2 所示。
圖 2 翼傘氣室流固耦合仿真網格模型
本文采用 S-ALE 求解方法對流固耦合模型進行仿真計算，S-ALE 方法與傳統 ALE 方法的基本理論相同，均包括了映射過程的對流輸運、界面重構和歐拉流場與拉格朗日結構相互作用的流固耦合過程。不同的是，在網格的處理方法上，S-ALE 方法采用自動生成網格技術，即流場網格根據控制點設定的方向、增長率、網格尺寸、網格密度等參數在仿真過程中隨著時間步的推進逐漸產生，仿真前無需單獨建立流場網格。這可以極大減小網格處理時間并提高計算效率。
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，而參與固體力學計算的模塊主要是APDL（俗稱的經典模塊）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，即可構成流固耦合計算方案。由于本人對于APDL的耦合計算應用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應用。
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的聯合仿真，可以實現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送數據信息，另一方并不反回數據。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發送壓力及溫度數據。這是最常見的單向耦合計算。通常用在固體熱應力計算，或計算流體載荷在固體上產生的應力。一般來說這種計算都是基于固體小變形假設，也就是說固體的形變對流場產生的影響可以忽略。
（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用到，因為流體計算中的動網格功能完全可以滿足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應用于流體作用于固體變形耦合強烈的領域。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用中都會經常遇到。
OK，下面談一下如何在ANSYS中解決這幾類耦合問題。
展開 
流固耦合經驗總結
為什么要在流體場的建模時要挖去固體所占的區域呢，這是流體場網格采用ALE算法而決定的，ALE算法首先可以很好的跟蹤流體或者是固體的運動邊界(這點和固體分析時Lagrange算法是相似的)，其次它可以通過自身算法的特點來規則化內部網格的畸變，而Eluer算法則不行，Euler算法在計算流體時必須將網格劃分到流體可能流到的所有區域。因此采用ALE方法做流固耦合的流體場建模時是要挖去固體區域的，這樣在計算過程中即使固體發生了變形后，采用ALE算法流體網格仍然可以擬合變形后的邊界。挖去的固體空間這個過程只是在做流體場的建模時挖去的，我們要在固體區的建模時補上；
2)我所說是一種直接流固耦合的方法；
3)流固耦合的時間步長設臵要分作三個部分：流體的、固體的和流固耦合的。流體的就是在Sol-Flotran set up-Execution ctrl里面進行，Sol-Load step opt-Time/Frequency用來設臵固體時間步長，FSI里面設臵流固耦合的時間步長；
4)耦合標簽是成對出現的，一對流固耦合有兩個number，比如1-1,2-2,這兩個number是相同的，這樣軟件才能識別是一個耦合對；
5)不錯就是在Solution-Define Load-Field Surface Intr里面設臵流固耦合FSI。
Q：ALE是混合拉格朗日與歐拉的網格運動，只是表明你允許網格隨著場的變形而發生隨移。remesh是當網格出現畸變的時候，ansys根據用戶指定的參數重新檢查網格質量，符合條件的就重新劃分。兩個似乎沒有太大的關系吧？只是經常在動態分析中需要用在一起。
另外，我只發現有flotran set up, FSI set up，在哪里設臵固體的耦合參數？
A：樓上對ALE和remesh的理解有點和我不怎么相同。
展開 【流固耦合數值仿真算例】風機葉片流固耦合數值仿真
為了更好地了解風機的結構及特點，提高風機的總體設計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進行計算， 考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析。 下圖為數值模擬結果。
風機在計算域中的示意圖
風機在計算域中的示意圖
風機在簡化氣動力下轉動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風機塔架、機艙的振動響應。
在此種模擬方法下，可以輸出風場縱剖面速度云圖，考慮風機的尾流效應。
單風機尾渦效果展示
雙風機尾渦效果展示
葉片是風力發電機中最基礎和最關鍵的部件，其良好的設計，可靠的質量和優越的性能是保證機組正常穩定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析，可以為風機的總體設計提供一個較為全面的建議及分析方法。
展開 雙向流固耦合模型三：帶離散相的雙向流固耦合模型
通過雙向流固耦合可分析在顆粒作用下的流暢分布及固體受力狀態，若感興趣可加qq：1196497187
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用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和功能已相當成熟，可以通過或者不通過第三方軟件(如 MPCCI)實現 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。但從數據傳遞角度出發，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)。
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