流固耦合过程_教程
流固耦合流程
流固耦合流程流固耦合是指流体与固体之间相互作用、相互影响的一种现象。
在工程领域中，流固耦合分析已成为设计和优化产品性能的重要工具。
本文将以流固耦合为主题，介绍流固耦合分析的流程和应用。
第一部分：引言流固耦合在众多工程领域中发挥着重要作用，比如航空航天、汽车工程、海洋工程等。
流体与固体的相互作用不仅会对产品的性能产生影响，还可能引起破坏性的振动和噪声。
因此，进行流固耦合分析来评估和改进产品性能至关重要。
第二部分：流固耦合的基本原理在进行流固耦合分析之前，我们需要了解流固耦合的基本原理。
流体与固体之间的相互作用主要包括压力和速度对固体的作用，固体形状对流体流动的影响，以及固体振动对流场的影响等。
这些相互作用可以通过数值模拟方法进行分析和预测。
第三部分：流固耦合分析的流程1. 前处理：在进行流固耦合分析之前，首先需要进行前处理工作。
前处理包括几何建模、网格划分、材料属性定义等。
准确的前处理是进行流固耦合分析的基础。
2. 流场计算：在进行流固耦合分析时，首先需要计算流体场的流动状态。
根据问题的具体需求，可以选择合适的数值求解方法，如有限元法、有限差分法、有限体积法等。
通过求解流体方程，得到流场参数，如速度、压力等。
3. 固体分析：在流场计算完成后，需要进行固体的应力和变形分析。
通过求解固体的力学方程，得到固体的应力和变形情况。
这些结果对于评估产品的结构强度和稳定性至关重要。
4. 边界条件耦合：在流固耦合分析中，流场和固体分析需要进行边界条件的耦合。
这意味着固体的边界条件受到流场的影响，而流体的边界条件又受到固体的影响。
通过迭代求解流场和固体方程，得到耦合后的边界条件。
5. 后处理：在流固耦合分析完成后，需要进行后处理工作。
后处理包括结果的可视化、数据的提取和分析等。
通过后处理，可以直观地了解产品的性能和响应。
第四部分：流固耦合分析的应用流固耦合分析在多个工程领域中都有广泛的应用。
以航空航天工程为例，利用流固耦合分析可以评估飞机的气动性能、翼面的变形情况以及机翼的气动弹性特性。
CFX_流固双向耦合的实现
CFX_流固双向耦合的实现实现流固双向耦合需要以下几个步骤：1. 网格生成：首先需要生成流体和固体模型的网格。
对于流体，可以使用常规的CFD网格生成软件（如Ansys ICEM-CFD）生成适当的流体网格。
对于固体，可以使用CAD软件生成固体模型，并通过网格生成软件（如Ansys Meshing）将其转换为固体网格。
2. 物理模型设定：根据实际情况，选择合适的流体和固体模型进行设定。
对于流体，可以选择使用Navier-Stokes方程来描述流体的运动。
对于固体，可以选择使用弹性力学方程进行模拟。
3.边界条件设定：对于流体和固体的边界条件进行设定。
对于流体，包括入口流速、出口压力、壁面摩擦等边界条件。
对于固体，包括固体的位移、力或者应力等边界条件。
4. 数值求解：根据设定的物理模型和边界条件，使用CFX软件进行数值求解。
CFX使用有限体积法对Navier-Stokes方程进行离散化，同时使用显式或隐式方法求解弹性力学方程。
5.耦合求解：在流固双向耦合中，流体和固体之间的相互作用需要通过迭代的方式求解。
首先，在给定流体的边界条件下，使用CFX求解流体部分的问题。
然后，在给定固体的边界条件下，使用CFX求解固体部分的问题。
接着，将固体的变形信息传递给流体，影响流体的边界条件。
再次使用CFX求解流体的问题，得到新的流场分布。
重复这个过程，直到流体和固体的解收敛。
6.结果分析：对求解得到的结果进行分析和后处理。
可以通过CFX提供的后处理工具，如应力和变形分布、速度和压力分布等来评估流固耦合模拟的效果。
值得注意的是，流固双向耦合模拟的实现通常需要较高的计算资源和时间。
同时，由于流固耦合问题的复杂性，对物理模型的设定以及边界条件的设定也需要经验和专业知识。
综上所述，CFX流固双向耦合的实现可以分为网格生成、物理模型设定、边界条件设定、数值求解、耦合求解和结果分析等几个步骤。
通过迭代的方式求解流固双向耦合问题，可以模拟流体和固体之间的相互作用，为工程实践提供有价值的参考。
第九讲 流固耦合
多边形
不能考虑侵蚀 能够用于Lagrange,
Shell
ALE 和
没有欧拉子循环
例子: 冲击波对墙的冲击变形 (2D)
压力云图
Lagrange
Euler
速度云图
例子: 爆炸侵彻混凝土 (2D)
多物质欧拉
: 炸药+空气（HE + Air) 拉格朗日 : 混凝土
接触, 侵蚀 和 耦合
厚度壳
壳单元在流固耦合中，定义人工厚度来 进行欧拉耦合
必须为壳定义人工厚度 人工壳单元厚度必须至少是它周围欧拉单 元最小尺寸的两倍 人工厚度与物理模型的厚度是不同的
对多个壳连接时，默认壳法线方向可以 不考虑
No Join
Default Join
Exclude
Custom Join
厚度壳
目的:
掌握爆炸和水下冲击波 对舰艇影响的分析方 法
步骤:
在 Explicit Dynamics (ANSYS)中建立模型 数据输入 AUTODYN 在AUTODYN中建立欧 拉空间和炸药 AUTODYN中求解
壳
厚度壳
欧拉体积分数
变形壳
耦合类型: 刚性
使用拉格朗日或Fill Parts建立固定 的刚性几何体
拉格朗日可以在AUTODYN中生成，也可以从 外部导入 (比如从 Workbench) 用来定义覆盖的部分
分析过程中覆盖的部分不改变 非常有效
耦合类型: 全耦合
拉格朗日和欧拉网格进行动态相互作用
接触, 侵蚀 和 耦合可以在分析中同时使用 (必须使用自
动耦合) 结构的失效和破片的飞散 流体/气体通过失效/破碎的部分泄露出去 包含有冲击波载荷和结构碰撞载荷 软件的主要优势全耦合 弱耦合 欧拉子循环 欧拉爆轰波求解器 多物质欧拉求解器 厚度壳 欧拉爆轰波求解器 多物质欧拉求解器
ansys单向流固耦合步骤
ansys单向流固耦合步骤一、引言在工程领域中，单向流固耦合是一种常见的分析方法，用于研究流体与固体之间的相互作用。
而在ansys软件中，我们可以利用其强大的功能来进行单向流固耦合分析。
本文将介绍ansys中进行单向流固耦合分析的步骤。
二、建立流体模型在进行单向流固耦合分析之前，首先需要建立流体模型。
在ansys 中，我们可以通过几何建模工具来构建流体的几何模型。
可以根据实际情况选择不同的方法，如直接绘制、导入外部几何模型等。
三、设置流体属性在建立流体模型后，接下来需要设置流体的属性。
这包括流体的密度、粘度、流体模型等。
ansys提供了丰富的流体模型选项，如理想气体模型、不可压缩流体模型等。
根据实际情况选择合适的流体模型，并设置相应的参数。
四、建立固体模型在流体模型建立完成后，接下来需要建立固体模型。
在ansys中，我们可以利用几何建模工具来构建固体的几何模型。
可以根据实际情况选择不同的方法，如直接绘制、导入外部几何模型等。
五、设置固体属性在建立固体模型后，需要设置固体的材料属性。
这包括固体的弹性模量、泊松比、密度等。
ansys提供了多种材料模型选项，如线性弹性模型、非线性材料模型等。
根据实际情况选择合适的材料模型，并设置相应的参数。
六、设置边界条件在建立流体模型和固体模型后，接下来需要设置边界条件。
边界条件是指模型的边界上的约束条件和加载条件。
在单向流固耦合分析中，边界条件包括固体表面的约束条件和流体模型的入口和出口条件。
根据实际情况设置边界条件，并确保边界条件的准确性。
七、进行网格划分在设置边界条件后，需要对模型进行网格划分。
网格划分是指将模型划分为小的离散单元，以便进行数值计算。
在ansys中，我们可以利用网格划分工具对模型进行网格划分。
需要注意的是，网格划分的精度对分析结果有很大影响，因此需要根据实际情况选择合适的网格划分方法和参数。
八、设置求解器和求解参数在进行单向流固耦合分析之前，需要设置求解器和求解参数。
流固耦合过程_教程
流固耦合过程_教程
一、流体固耦合过程
流体固耦合过程指的是通过流体与固体材料的耦合，从而解决固体力学、热力学、电磁学等问题，从而改善系统性能的一种计算方法。
这种方
法是由一组不同类型的有限元控制方法组成的，可以用来描述流体流动的
流动领域，并以一组相应的弹性、热力学和电磁场域来描述固体的变形和
力学性能。
当然，最重要的是，这种方法还能够充分考虑流体与固体间的
耦合作用，从而决定系统性能。
1.有限元技术
有限元技术是流体固耦合方法的核心，它是分析复杂系统的重要技术，主要应用于建模、仿真和优化设计等领域。
具体来说，有限元技术是指将
一个复杂力学系统分割成几个若千个力学单元，分析每个单元内的变形状态，从而确定系统的总体变形状态。
有限元技术一方面可以有效描述一个
力学系统的总体变形状态，另一方面也可以计算出具体力学单元内的变形
状态。
2.耦合分析
耦合分析是流体固耦合方法中的重要组成部分，主要是指将流体和固
体的分析结果进行耦合，以表示流体与固体间的耦合关系，包括流体和固
体静力学、热力学和电磁学等方面的耦合关系。
耦合分析可以有效地模拟
流体与固体间的耦合关系，从而改善系统的性能。
流固耦合过程_教程
湖南大学先进动力流固耦合过程（仅耦合热边界）准备软件：¾AVL-FIRE¾Hypermesh（用于划分和处理网格）¾ABAQUS（熟悉inp文件结构和语句）¾MSC-Patran湖南大学先进动力以AVL-FIRE安装目录下面简单例子为例，位于以下目录：D（安装盘符）:\AVL\FIRE\v（版本号）\exam湖南大学先进动力第一步：CFD计算所有设置与例子中保持一致湖南大学先进动力第一步计算CFD的时候，不需要选上Mesh FEM format，只需指定输出Frequency即可。
湖南大学先进动力第一步计算完之后会产生一个htcc 文件，如下图：湖南大学先进动力第二步：耦合面网格及固体网格获取为了便于统一坐标位置和热边界插值，不用例子中的FEM 网格。
FEM 网格将从CFD 网格（cyl.flm ）中“抽取”，如下图，在Fire 中导出.nas 格式文件。
湖南大学先进动力在hypermesh中TOOl>faces 板块中把流体网格的外表面抽取，然后删除两端面的面网格选择全部网格（displayed）即可湖南大学先进动力通过3D>elem offset 来获得实体网格湖南大学先进动力第三步：映射（mapping ）热边界条件上一步得到的面网格导出为.nas 文件（如sur_mesh_for_mapping.nas ）FIRE 中FEM Interface中设置如下两图湖南大学先进动力保存之后，Start ，next 直到如图所示界面，输入-fem –mode=mapping湖南大学先进动力第四步：查看热边界结果（这一步不是必需的，为了Mapping之后会产生一个包含热边界的inp文件，用于后续的固体温度场计算。
湖南大学先进动力映射距离与用例子比较（用三角形面单元）湖南大学先进动力第五步：在MSC-Patran 中做MPC注意：这里的面网格节点号和单元号要与前面用来mapping 的面网格对应上，可以在patran 或者hypermesh 中通过renumber 来实现，固体网格最好也把节点号和单元号renumber ，记下所有的节点号和单元号，以备后用。
ANSYS流固耦合分析实例教学教材
教程大纲
在这个教程中您将学到：
– 移动网格 – 流体－固体相互作用模拟 – 运用ANSYS-MultiFiel，运用一个简单的摆动板例题来解释 怎样建立以及模拟流体－结构相互作用的问题。其 中流体模拟在ANSYS CFX求解器中运行，而用 ANSYS软件包中的FEA来模拟固体问题。模拟流固 相互作用的整个过程中需要两个求解器的耦合运 行，ANSYS－MultiField求解器提供了耦合求解的平 台。
Details窗口，设置Auto Time Stepping为off 3. 设置Time Step为0.1 [s] 4. 在整个窗口底边靠右的Tabular Data面板，设置End Time为5.0
模拟中固体问题的描述—加入载荷
固定支撑：为确保薄板的底部固定于平板，需要设置固定 支撑条件。
1. 右击目录树中Transient Stress，在快捷菜单中选择Insert > Fixed Support
0 [pa]对应于0.5 [s]
模拟中固体问题的描述—记录ANSYS输入文件
现在，模拟设置已经完成。在Simulation中ANSYS MultiField并不运行，因此用求解器按钮并不能得到结果 1. 然而，在目录树中的高亮Solution中，选择Tools > Write ANSYS Input File，把结果写进文件OscillatingPlate.inp 2. 网格是自动生成的，如果想检查，可以在目录树中选择 Mesh 3. 保存Simulation数据，返回Oscillating Plate [Project]面 板，存储Project
设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
ADINA流固耦合实例
实例3 隧道内具有柔性结构的流固耦合分析问题：隧道内具有柔性结构的流固耦合如图3-1所示。
图3-1 流体-固体结构示意图一、目的1. 掌握流固耦合作用FSI在Adina-AUI中的操作过程。
2. 掌握用伸缩比例因子画流固耦合模型。
3. 定义引导点(leader-follower points)。
二、定义模型主控数据1. 定义标题：选Control→Heading→敲入标题“exe03: Fluid flow over a flexible structure in a channel, ADINA input”→and click OK。
2. FSI分析：在右边Analysis Type区选FSI按钮。
3. 主控自由度选Control→Degrees of Freedom→不选X-Translation, X-Rotation, Y-Rotation andZ-Rotation按钮→and click OK。
4. 分析假设：大位移，小应变。
选Control→Analysis Assumptions→Kinematics→设置“Displacements/Rotations”为Large→ click OK。
(注：非常薄的结构，因此为小应变)。
三、力学模型1. 柔性结构建立模型1). 柔性结构几何模型坐标点如表3-1，几何结构如图3-2所示。
其几何面见表3-2所示。
①选Define Points 图标→按表3-1输入几何点坐标→ click OK .②选Define Surfaces 图标→设置TYPE 为Vertex → click OK(如图3-2所示)。
2). 施加固定边界条件和流-固边界条件①.图3-2中，在L2线上施加固定约束，其过程可用Adina-AUI 完成。
②. 流-固边界，选Model →Boundary Conditions →FSIBoundary →add FSI boundary number 1→在表中头两行敲入流固边界线编号1和 3 and click OK 。
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湖南大学先进动力
流固耦合过程（仅耦合热边界）
准备软件：
¾AVL-FIRE
¾Hypermesh（用于划分和处理网格）¾ABAQUS（熟悉inp文件结构和语句）¾MSC-Patran
湖南大学先进动力
以AVL-FIRE安装目录下面简
单例子为例，位于以下目录：
D（安装盘符）:\AVL\FIRE\v（版本号）\exam
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第一步：CFD计算
所有设置与例
子中保持一致
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第一步计算CFD的时候，不需要选上Mesh FEM format，只需指定输出Frequency即可。
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第一步计算完之后会产生
一个htcc 文件，如下图：
湖南大学先进动力
第二步：耦合面网格及固体网格获取为了便于统一坐标位置和热边界插值，不用例子中的FEM 网格。
FEM 网格将从CFD 网格（cyl.flm ）中“抽取”，如下图，在Fire 中导出.nas 格式文件。
湖南大学先进动力
在hypermesh中TOOl>faces 板块中把流体网格的外表面抽取，然后删除两端面的面网格
选择全部网格（displayed）即可
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通过3D>elem offset 来获得实体网格
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第三步：映射（mapping ）热边界条件
上一步得到的面网格导出为.nas 文件
（如sur_mesh_for_mapping.nas ）
FIRE 中FEM Interface
中设置如下两图
湖南大学先进动力
保存之后，Start ，next 直到如图所示界面，输入-fem –mode=mapping
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第四步：查看热边界结果（这一步不是必需的，为了
Mapping之后
会产生一个包
含热边界的
inp文件，用
于后续的固体
温度场计算。
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映射距离与用例子比较（用三角形面单元）
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第五步：在MSC-Patran 中做
MPC
注意：这里的面网格节点号和单元号要与前面用来mapping 的面网格对应上，可以在patran 或者
hypermesh 中通过renumber 来实现，固体网格最好也把节点号和单元号
renumber ，记下所有的节点号和单元号，以备后用。
之后，导出.inp 文件
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第六步：在ABAQUS 里面施加其他面（不是与CFD
耦合的面）热边界
在ABAQUS 里面赋予外表面统一的热边界条件，这里的数值可以稍后在inp 文件中修改。
之后，导出.inp 文件
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第七步：编辑inp
文件
主文件，其他inp 文件可通过
INCLUDE,INPUT=XXX.inp 来读取。
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inp
文件解释
cylinder_solid_mesh.inp
，此文件为固体网格文
件，里面为节点和单元信
息，注意ELEMENT TYPE
一定为传热单元DC3D8。
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面网格文件
inner_sur_mesh.inp ，此文件为内表面网格文件，里面为节点和单元信息，注意ELEMENT TYPE 一定为传热单元DS4。
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MPC
文件
MPC.inp ，此文件为多点耦合文件，耦合面网格和体网格内表面的温度自由度，用其来沟通面网格和体网格。
自由度号，11自由度为温度自由度
体网格节点号面网格节点号
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热边界条件文件
Inner_Heat_Data.inp，此
文件为热边界条件文件，
从Fire中mapping而来。
换热系数
流体温度
网格序号
温度单位为°C，换热系数单
位为W/mm^2K，换热系数
单位要根据有限元所用单位
体系而改动，可通过编辑>替
换来改动，如0.992E-04替换
为0.992E-01
注意！
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第八步：
查看计算结果
编辑好inp 文件之后，所有inp 文件都放在ABAQUS 工作目录底下，然后提交主文件计算即可，得到温度场如图。
第九步： 导出节点温度，供热应力计算使用
单独显示实体网格
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也可以在主 inp文件中通 过语句来控制 结果输出节点 温度，如输出 fil文件。
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导出实体节点温度，编辑为ABAQUS能识别的格式 （如.inp，.dat格式），第一列为节点号，第二列 为温度值，如下图。
以供下一步计算热应力用，且 可以加上其他的机械载荷，这过程省略……
节点序号
温度（°C)
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