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算例簡介本資源針對高速入水沖擊這一強非線性流固耦合難題，提供了一套完整的 STAR-CCM+ (CFD) + Abaqus隱式協同仿真（Co-Simulation）解決方案。算例成功復現了圓柱體入水過程中的空泡演化、入水沖擊載荷突變以及結構體的動態應變響應，解決了FSI計算中常見的“網格負體積”與“耦合面數據傳遞發散”問題。2.

單一的CFD計算已經不滿足現在的結構跨介質計算需求，工程上更多關注結構運動過程中的變形問題。因此，以平頭圓柱體為例，本案例運用STAR-CCM+&abaqus對圓柱體入水100m/s過程進行模擬，得到了結構入水過程中周圍流場和自身響應變化。適用領域：航行體入水沖擊，船舶砰擊，海洋結構物漂浮等領域。

<p class="ql-align-center"><strong>流固耦合楔形體低速入水驗證</strong></p><p><br></p><p><strong>仿真設置&nbsp;</strong></p><p>幾何建模和材料見文獻，通過提取對應位置的應力與試驗數據（入水速度2m/s）進行對比。

，并且對浮力、水壓力不可忽略的類似仿真得心應手，并且會在課程中介紹無板造波等相關知識

本文將執行一個單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進行流體域的建立和CFD網格劃分，然后導入至Fluent求解器進行流場計算，得到流體與固體界面的壓強信息，隨后將Fluent中計算得到的壓力信息映射至結構網格上，并使用Optistruct求解器進行結構力學分析。

材料物性的設置列于表3中。圖5 Parameters和Field Functions定義表3 水的材料物性設置 管道壁面的固體材料物性如表4所示。表4 固體屬性除流體速度外，其他物理量如位移、壓力和固體速度等的初值全部為0.創建流-固界面在流-固耦合問題中，流體和固體域通過共用的交界面交換場數據。

高速彈體入水流固耦合問題1) 實際痛點：科研中需獲取彈體入水瞬間的沖擊壓力、流體飛濺形態、彈體加速度響應等數據，但實驗成本高、數據難精準測量；2) 課程解決方案：指導用 “ALE 方法”，分別以 “Eulerian” 描述流體（水）、“Lagrangian” 描述固體（彈體），通過 “Volume Fraction” 功能捕捉自由表面形態，提取沖擊壓力 - 時間曲線（如峰值壓力 1.2e5Pa

； 對于運動機械而言，考慮到瞬態流場可能引起的熱應力、噪聲、振動仿真分析，需要加載隨時間變化的壓力和溫度（或熱流密度）分布，進行非定常的流固耦合分析，是許多客戶關注的問題。

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，拖動左側Static Structural模塊，將流場的幾何與流體的計算結果鏈接中即可完成模型與流場壓力的傳遞。 點擊Static Structural模塊中的Model，進入結構模塊，對飛機機身的進行網格劃分，設置相關求解參數，將流場壓力加載到相應的流固耦合面，進行結構求解。

?固體本身的變形量很小，可以認為是剛體，但是整體產生比較大的位移，可以采用CFD耦合MBD多體動力學分析，也屬于雙向耦合。以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數據在后臺傳遞，無需用戶編輯腳本。TFSI模型的計算代價最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應力，發動機水套的熱應力，車燈的熱應力等等場景。

流固耦合仿真技術在高效冰箱壓縮機研發中的應用[J]. 家用電器, 2015, 469(11): 40-43. [6] 郭金露. 基于流固耦合壓縮機吸排氣壓力管路的模態分析[J]. 家電科技, 2019(03): 90-92+95. [7] 韓寶坤, 張冬鳴, 張國偉, 等. 基于流固耦合法的往復壓縮機吸氣閥流場特性研究[J].

三、流固耦合求解在流體求解完成之后，我們回到Workbench工作界面，拖動左側Static Structural模塊，將流場的幾何與流體的計算結果鏈接中即可完成模型與流場壓力的傳遞。 點擊Static Structural模塊中的Model，進入結構模塊，對飛機機身的進行網格劃分，設置相關求解參數，將流場壓力加載到相應的流固耦合面，進行結構求解。

（如 “彈體入水沖擊壓力峰值 1.2e5Pa，與實驗誤差 < 5%”），再教你 “怎么復現這個結果”，告訴你 “哪個參數設錯會導致結果偏差”（如 “流體密度設成 100kg/m3，實際該設 1000kg/m3”）；3) 適配論文需求，教你處理數據：不僅教建模，還教你如何提取論文需要的數據（如 “沖擊壓力 - 時間曲線”“結構應力分布云圖”），甚至指導圖表制作規范（如 “標注單位、顏色條范圍”）

目前Workbench界面下的LS DYNA模塊可以支持大多數DYNA的關鍵字，其對流固耦合的定義十分方便，下面以一個子dan射入水中的算例介紹workbench LSDYNA的流固耦合設置方法。模型如圖1所示，上部分為空氣，下部分為水，中間模型為彈體，空氣與液體通過共節點方式劃分網格，彈體單獨進行網格劃分，并且彈體與空氣和水的網格重疊。

Ansys基于雙向隱式耦合方法進行雙向流固耦合求解，在每個時間步內CFX和Mechanical分別對流場和結構場進行隱式迭代求解，并通過預先設定的流固耦合交界面傳遞數據，待流固耦合交界面傳遞數據收斂后，進行下一個時間步計算直至最終計算完成，該方法在保證求解精度的同時極大提高了求解速度和收斂性，適合于工程應用。

在模態分析的基礎上，設置位移或載荷幅值及掃頻范圍，計算得到葉片結構的幅頻圖，從而分析葉片的顫振特性。雙向流固耦合分析：雙向流固耦合分析是一種將流體與固體模塊相互迭代傳遞數據的耦合方法。在葉片顫振分析中，通過雙向流固耦合分析可以更準確地模擬葉片在氣動力作用下的振動行為。首先進行流體分析，將氣動力結果傳遞到結構分析中；然后進行結構分析，將位移結果反饋到流體分析中。

03 模型輸入及設置【仿真條件】工作壓力為1.68MPa，飽和溫度為333.11K；進口過冷度為5K，流量為0.1m3/h；熱源芯片熱功率20kW，環境溫度為20℃；固體材料為鋁。以下是流固共軛換熱幾何模型，外部是固體域，內部為流體域。冷媒物性參數及輸入條件如下所示。

所有 FSI 流-固耦合邊界都是拉格朗日變形，其結構允許精確地施加邊界條件。結構力學的顯式和隱式求解器 都可以被激活使用，從而可以實現弱 FSI 流-固耦合分析或強 FSI 流-固耦合分析。 FSI 分析有三種耦合方向： 雙向耦合。