2013 ANSYS UGM ANSYS流固耦合技术培训 潘萍萍
基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究
基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究李桑军;秦战生【摘要】让闸门自振频率尽可能地远离流域水流的高能脉动主频率段是保证其平稳安全运行的必要条件.通过SolidWorks软件对弧形闸门进行三维建模,考虑流固耦合作用对闸门振动特性的影响,借助ANSYS软件对闸门进行模态分析.对一弧形钢闸门分析的结果表明:水体与闸门的流固耦合作用对闸门的模态频率有显著影响,自振频率随着两者接触面积的增大而降低.因而在分析处于流体中工作的结构振动问题时,为保证结构运行安全,应当考虑流固耦合作用的影响.%To ensure the safe and steady operation of gate,it's necessary to keep the natural frequency of gate as far away as possible from the main frequency scope of high-energy pulse of water flow.A 3D model of a radial gate is created by using SolidWorks,and the natural frequency and modal characteristics of gate are calculated by using ANSYS,where the fluidstructure interaction effect had been taken into consideration.The result shows that the fluid-structure interaction effect has a significant influence on modal frequencies of gate structure and the natural frequency of gate will decrease with the increasing of contact area between gate and fluid.Therefore,when analyzing the vibration characteristics of structures working in fluid,the fluid-structure interaction effect should be taken into consideration in order to ensure the safe operation of the structure.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2018(044)001【总页数】4页(P64-67)【关键词】弧形闸门;自振特性;流固耦合;ANSYS;SolidWorks【作者】李桑军;秦战生【作者单位】河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TV663.20 引言前人关于闸门振动的研究表明：闸门振动既有内部因素的作用，也不乏外部因素的参与。
最新ANSYS-Workbench-Fluent流固耦合传热及热结构分析ppt课件
• “它们所带给人类社会的恐惧，早已超越了人类认 知的界限和人类对科学成果的接纳空间”。
一、研究概况
• “嵌合体”是在生物界非常普遍的自然现象。 • 孪生子在同一个子宫中发育时会发生细胞交流，大多
(4)生产移植器官 人兔胚胎嵌合体：将来发育成某种特定器官，如能克 服免疫排斥反应，有望用于器官移植。
四、嵌合体研究存在的问题
1、嵌合体组织器宫的特异抗原性
在种内动物嵌合体制备过程中发现，不管是两种胚胎， 还是多种胚胎制成的嵌合胚胎，细胞间均能协调的 生长发育，不发生免疫排斥现象。但是，无论是进 行供体-供体、供体-受体动物间，还是进行嵌合体供体、嵌合体-受体动物间的组织或器官移植，均会 发生强烈的免疫排斥反应。
三、应用前景
(2)研究性分化机理
利用嵌合体可以研究性别分化以及参与性分化的细胞 及其规律。
(3)孤雌生殖
• 利用嵌合体技术，己获得了孤雌生殖小鼠。 • 铃木达行等（1998）通过聚合从日本红牛获取的卵
母细胞的孤雌生殖二倍体胚胎和用荷斯坦母牛卵母 细胞进行IVF的胚胎，获得2死1活3头嵌合体犊牛。
三、应用前景
三、应用前景
3.在动物生产中的应用
(1)人工制造有特殊经济价值的个体 对水貂、狐狸、绒鼠等毛皮动物，利用胚胎嵌合体技 术可以获得用交配或杂交法不能获得的毛皮花色类 型。
(2)种间移植 用于分析胎儿与母体的相互关系，如将斑马的受精卵， 移植到马体内生产斑马（拯救珍稀濒危动物）。
三、应用前景
(3)可作为外源基因的导入方法 把外源目的基因先导入干细胞，再通过胚胎干细胞介 导法将目的基因转入胚胎，这是转基因动物生产中基 因导入的一种重要手段。
ansys流固耦合模态分析
有问题可以发邮件给我一起讨论**************FSI流固耦合命令求解流固耦合问题使用ANSYS计算结构在水中的模态时, FLUID29,FLUID30单元分别用来模拟二维和三维流体部分,相应的结构模型则利用PLANE42单元和SOL ID45等单元来构造，其中，PLANE42和SOL ID45分别是用来构造二维和三维结构模型的单元。
FLUID30是流体声单元,主要用于模拟流体介质及流固耦合问题。
该单元有8 个节点,每个节点上有4 个自由度,分别是XYZ上3个方向位移自由度和1个压力自由度,为各向同性材料。
输入材料属性时,需要输入流体的材料密度(作为DENS 输入)及流体声速(作为SONC输入),流体粘性产生的损耗效应忽略不计。
FLUID29是FLUID30单元在二维上的简化，少了一个Z向的位移。
SOLID45单元用于构造三维实体结构。
单元通过8 个节点来定义,每个节点有3 个沿着XYZ方向平移的自由度。
PLANE42是SOLID45单元在二维上的简化。
在利用ANSYS建模分析时,流场域单元属性分为2种,由KEYOPT(2)(指定流体和结构分界面处结构是否存在) 控制,在流固耦合交界面上的单元KEYOPT(2) = 0 ,表示分界面处有结构,其他流体单元KEYOPT(2)=1,表示分界面处无结构。
流体-结构分界面通过面载荷标志出来,指定FSI label可以把分界面处的结构运动和流体压力耦合起来,分界面标志在分界面处的流体单元标出。
数值分析的步骤1) 建立流体单元的实体模型。
建立流体模型,需要确定流体域的范围,可以把无限边界流体简化成流体区域的半径为固体结构半径的10倍。
2) 标记流固耦合界面。
选取流体单元中流固交界面上的节点,执行FSI 命令,流固耦合交界面的处理:流体与固体是两个独立的实体,在划分单元时在两者交界面上的单元网格要划分一致,这样在交界面上的同一位置一般就有两个重合的节点,一个节点属于流体单元,一个节点属于固体单元,这两个重合节点在交界面的位移强制保持一致。
基于ANSYS的输流管道流固耦合特性分析_喻萌
中 国 舰 船 研 究 ChineseJournalofShipResearch
Vol.2 No.5 Oct.200 7
基于 ANSYS的输流管道流固耦合特性分析
喻 萌
中国舰船研究设计中心 , 湖北 武汉 430064
摘 要 :应用有限元分析软件 ANSYS对输流管道在不同约束条件下进行流固 耦合动力 学模拟计算 和模态分
3.4
62.1
5.5
0.005 -0.894E6 0.829E-5 0.635E7 -0.923E6 0.229E-5 0.601E7
3.2
72.4
5.4
0.006 -0.108E7 0.234E-5 0.706E7 -0.105E7 0.219E-5 0.674E7 -2.7
6.4
4.5
0.007 -0.268E6 0.578E-6 0.174E7 -0.233E6 0.838E-6 0.160E7 -13.1 -45.0
∑ ∑ ∑ ∑ G = Ge = Gi αβ , H = He = Hα
其中 , Ae为质 量矩阵 ;Be为对流矩阵 ;Ce为压力 矩阵 ;De为耗损矩 阵 ;Fe为 体积力矩阵 ;Ge为连 续矩阵 ;He为边界速度矢量 ;{.δ.}、{·δ}、{δ}分别 为加速度 、速度 、结构应力列向量 ;[ M] 为质量矩 阵 ;[ K] 为刚度矩阵 ;[ C]为阻尼矩阵 。
AnalysisonCharicterasticsofFluid-structureInteractionfor FluidConveyingPipesbyANSYS
YuMeng ChinaShipDevelopmentandDesignCenter, Wuhan430064, China
2013 ANSYS UGM Workbench LS-DYNA技术培训 段卫毅
Video 2
前处理
六大要素：
初始条件
定义方式
方法一： 在initial condition下插入velocity
方法二： 在support下插入Velocity
显式中心差分：
前处理
六大要素：
边界条件
惯性项 加速度 重力加速度 荷载 压力 力 位秱 速度 节点力 节点位秱 边界约束 固定支撑 阻抗边界 简单支撑
内能动能沙漏能滑秱界面能等ascii反作用力焊点力节点界面力刚性墙作用力等接触结构之间相互碰撞的作用力时间历程时间曲线节点数据速度加速度ascii文件globaldata从ascii菜单下选取contactforce栏选取bodyinteraction单击右键solvecontactforce添加lsdyna后处理ascii结果对易拉罐添加沙漏控制ansysworkbenchlsdyna后处理videomechanical操作界面支持其所有的结果类型支持lsdyna的database结果关键字workbenchlsdyna仿真演示撞击分析问题描述钢棒撞击易拉罐载荷曲线如下图所示在mechnical界面中生成幵完善有限元模型问题描述环形体以vy200msvx150ms的速度撞击平板在mechanical下进行后处理提高效率mechanical图形交互式界面最短时间的培训和建模强大的协同分析功能避免昂贵的技术解决方案质量保证高效地cad建模完善的cad的接口导入后可以很方便的对cad模型进行修复简化讨论ansysworkbenchlsdynathanks
LS-DYNA软件简介 LS-DYNA具有很广泛的分析功能，可模拟许多二、三维结构的物理特性： – 非线性动力分析 – 热分析 – 失效分析
ANSYS流固耦合
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-MultiField模拟 同时处理两个结果文件
问题概述
在这个教程中，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。
4. 点击OK
设置流体问题、 中设置ANSYS MultiField 设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置 中设置
创建域：为了使ANSYS Solver能够把网格变形信息传递给 CFX Solver，在CFX中必须激活网格移动。 1. 重命名Default Domain为OscillatingPlate，并打开进行编 辑 2. 应用以下设置
8.
点击OK
设置流体问题、 中设置ANSYS MultiField 设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置 中设置
输出求解器文件(.def) 1. 点击Write Solver File 2. 如果 Physics Validation Summary 对话框出现，点击 Yes 以继续 3. 应用以下设置
3.
点击OK
设置流体问题、 中设置ANSYS MultiField 设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置 中设置
创建边界条件 • 流体外部边界
1. 2. 创建一个新边界条件，命名为Interface. 应用以下设置
3.
点击OK
设置流体问题、 中设置ANSYS MultiField 设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置 中设置
ANSYS流固耦合分析实例
为0 [s]设置压力为100 [pa] 5. 表中需要继续输入两排参数，100 [pa]对应于0.499 [s]， 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
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
2. 用旋转键 旋转几何模型，以便可以看见模型底面（low-y）， 然后选择 并点击底面（low-y）
3. 在Details窗口，选择Geometry，然后点击No Selection使Apply 按钮出现（如果需要）。点击Apply以设置固支。
设置仿真类型： 1. 选择 Insert > Simulation Type. 2. 应用以下设置： 3. 点击OK
设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
建立流体物质 1. 选择 Insert > Material. 2. 把新物质名定义为 Fluid. 3. 应用以下设置
【达尔整理】ANSYS流固耦合分析实例命令流
达尔文档DareDoc分享知识传播快乐ANSYS流固耦合分析实例命令流本资料来源于网络，仅供学习交流2015年10月达尔文档|DareDoc整理目录ANSYS流固耦合例子命令流............................................................................. 错误!未定义书签。
ANSYS流固耦合的方式 (3)一个流固耦合模态分析的例子1 (3)一个流固耦合模态分析的例子2 (4)一个流固耦合建模的例子 (7)一加筋板在水中的模态分析 (8)一圆环在水中的模态分析 (10)接触分析实例---包含初始间隙 (14)耦合小程序 (19)流固耦合练习 (21)一个流固耦合的例子 (22)使用物理环境法进行流固耦合的实例及讲解 (23)针对液面晃动问题，ANSYS/LS-DYNA提供三种方法 (30)1、流固耦合 (30)2、SPH算法 (34)3、ALE（接触算法） (38)脱硫塔于浆液耦合的分析 (42)ANSYS坝-库水流固耦合自振特性的例子 (47)空库时的INP文件 (47)满库时的INP文件 (49)计算结果 (52)ANSYS流固耦合的方式一般说来，ANSYS的流固耦合主要有4种方式：1，sequential这需要用户进行APDL编程进行流固耦合sequentia指的是顺序耦合以采用MpCCI为例,你可以利用ANSYS和一个第三方CFD产品执行流固耦合分析。
在这个方法中，基于网格的平行代码耦合界面(MpCCI) 将ANSYS和CFD程序耦合起来。
即使网格上存在差别，MpCCI也能够实现流固界面的数据转换。
ANSYS CD中包含有MpCCI库和一个相关实例。
关于该方法的详细信息，参见ANSYS Coupled-Field Analysis Guide中的Sequential Couplin2，FSI solver流固耦合的设置过程非常简单，推荐你使用这种方式3，multi-field solver这是FSI solver的扩展，你可以使用它实现流体，结构，热，电磁等的耦合4，直接采用特殊的单元进行直接耦合，耦合计算直接发生在单元刚度矩阵一个流固耦合模态分析的例子1这是一个流固耦合模态分析的典型事例，采用ANSYS/MECHANICAL可以完成。
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流固耦合技术介绍
讲解目录
• 流固耦合概述
– 什么是流固耦合 – 流固耦合的分类
• One-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• Two-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• ANSYS流固耦合案例
流固耦合概述
流固耦合的重要性
在工程学科中，特别是流体动力学领域中的应用40％ ～ 60％是流固耦合 问题 乊前受计算能力的约束，很多软件只能完成单一物理场的模拟所以都采 取了不同程度的假定。 随着计算能力逐渐提高，工程需求越来越强烈，流固耦合分析也逐渐由 简单向复杂、由弱耦合向强耦合方面发展。 WORKBENCH平台很好的满足了对流固耦合需求，能够方便的实现 – 单向耦合 – 双向耦合
two-way
Numerical Coupling
Physical Coupling
Very Strong
FSI 分类
• One-way
– 从一个场的计算中获得收敛的结果，然后加载到另一个场 – Mechanical – CFD
• 自动数据传输 漩涡导致的振动， … 生物隔膜运动，大变 • 比如流动对结构应力影响较大，而结构变形对流动影响较小 形固体，…
• FLUENT 与Mechanical 瞬态分析双向耦合System Coupling
– 通过System Coupling模块，耦合数据进行交换 – Mechanical的 Transient Structural 和 FLUENT 只能在System Coupling中进行更新操作
Thanห้องสมุดไป่ตู้s
=
WB协同仿真环境：项目视图与应用程序
• 流体分析的Solution到结构分析的Setup 之间的数据传递，实际上是作为 Mechanical应用程序的一个“载荷”
流程集成于Workbench
Geometry
CHT Mesh
CFD CHT Solution
Thermal Loads
Pressure Loads
• 得到更好的设计方案!
分类—按耦合方向
• 单向耦合 (单向)
– 某些场对于其它场来说，只能接受数据或者发出数据 – 数据从某些场传递到另外一些场，数据不能反向传递 输出场 接收场
data
输出场
data
接收场
• 双向耦合 (双向)
– 场对其他场都可以发送和接收数据 一个场
data
另外一个场
• 流体-结构的单向耦合：
ANSYS流固耦合技术培训
沈阳分公司技术经理
潘萍萍
北京福思营销顾问有限公司呈送
目录
• 流固耦合概述
– 什么是流固耦合 – 流固耦合的分类
• One-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• Two-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• ANSYS流固耦合新功能
– 统一在Workbench环境下实现，操作简单 – 几何模型共享，只需定义好流固耦合交界面 – 独有的双向耦合分析技术 – 解决流体和结构间强烈的非线性影响关系 – 令人满意的收敛性和鲁棒性
讲解目录
• 流固耦合概述
– 什么是流固耦合 – 流固耦合的分类
• One-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
WB协同仿真环境：多种方式创建关联仿真
• 在用户自定义工具栏中默认的FSI自定义体系是FLUENT + Static Structural或CFX + Static Structural
– 能够将CFD的载荷传递到Mechanical中
• 任何的工程框图都能够保持并添加到自定义系统工具栏 • 在框图的空白处点击右键，就能够在弹出的菜单中添加一个FSI 流程到自定义系统中。
Strong
叶片变形，刚体运动， …
Weak
CHT，结构小变形，…
One-way
two-way
Numerical Coupling
Physical Coupling
Very Strong
FSI 分类
•
Two-way
– Mechanical – CFD耦合将交替迭代需要更小的时间步
生物隔膜运动，大变 形固体，…
– 流体的热和压力影响结构响应 • 温度、压力影响结构的应力和变形
单向耦合 (续)
温度、压力作为载荷传递
fluid analysis
structural analysis
位移不发生传递
对单向流固耦合来说就是流体传递的力使结构变形很小对流体的影响 忽略不计
双向耦合 (续)
• 流体-结构双向耦合分析
- 流体传递的载荷作用在结构上 - 结构的位移响应反过来作用于流体
流固交界面(FSI)
• 什么是流固耦合
– 当流体流动到结构上时二者发生相互作用 – 流体可以施加压力、温度载荷给结构 – 结构可能在外力的作用下发生变形或者运动，驱使流体运动或者施加热载荷到流体
上。
•流固耦合工程意义
• 在解决许多工程问题中起了决定性作用
–材料选择, 疲劳, 对流体的流动和结构参数的 影响等
系统”，方便地创建仿真项目
将想要做的分析类型拖拽到 Project Schematic中即可
WB协同仿真环境：增加仿真类型
现在，再增加一个“结构静力分 共享数据连接 选择 Static Structural 这种“拖拽”存在多个“目标”，可 析”，其载荷是从前面完成的CFD 随鼠标的拖动过程而动态地显示 将其拖拽到项目视图中 传递数据连接 流体分析自动传递过来的
漩涡导致的振动， …
Strong
叶片变形，刚体运动， …
Weak
CHT，结构小变形，…
One-way
two-way
Numerical Coupling
讲解目录
• 流固耦合概述
– 什么是流固耦合 – 流固耦合的分类
• One-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• Two-way流固耦合
WB协同仿真环境：多种方式创建关联仿真 • 如下对象相关弹出菜单操作:
– 右键单击Solution – 选择Transfer data to New – 选择Static Structural
WB协同仿真环境：多种方式创建关联仿真
• 可手工创建各仿真任务之间的联系:
– 将第一个仿真任务中的Geometry拖拽到第二个仿真任 务的 Geometry中 – 将第一个仿真任务中的Solution拽到第二个仿真任务的 Setup中
耦合场分析System Coupling- 案例：浮动式干燥器
2-Way Coupling
Velocity Vector
Velocity Contour
高温柔性管双向流固热耦合
固体管
热流体
高温柔性管双向流固热耦合
流体温度随时间的变化
柔性管变形及应力云图
流固耦合分析总结
CFD应用中40％ ～ 60％是流固耦合问题 基本特点
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• ANSYS流固耦合案例
One-way 热传递
• One-way 热耦合通常是将CFD计算的与热 相关数据传递给结构做热应力分析
– 如果只考虑结构的温度分布而不考虑热应力，在CFD内 部即可实现
CFD - CHT
• 体、面数据传递
– 表面温度/热流 CFD → Mechanical – 体温度 CFD → Mechanical Thermal Stress
• Two-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• ANSYS流固耦合案例
ANSYS流固耦合——体温度导入
• 体温度导入可以在结构 Static/Transient 分析中使用 • 所有流体中的结果 (i.e. solid) 都 可以在WB的结构分析中列出来
ANSYS双向流固耦合
压力场
流体分析结果——全模型
温度场
流体压力加载到结构的分析仿真结果
压力作用下的应力场分布
热分析仿真结果
结构温度场分布
热应力分析仿真结果
热应力云图分布
讲解目录
• 流固耦合概述
– 什么是流固耦合 – 流固耦合的分类
• One-way流固耦合
– 流体、热、结构耦合 – Workbench下实现
• Two-way流固耦合
Thermal Loads
One-way 压力传递
• CFD传递压力给 Mechanical
– Workbench下选择pressure自动传递
CAD
Pressure in CFX
Deformation in Mechanical
WB协同仿真环境：仿真项目管理系统
Analysis Systems 包含了按分析类 型（和求解器）预定义好的“子
– 两求解器同时求解, 交换力与位移
– 在Workbench下自动实现
• Two-way 热与结构同时耦合
– 两求解器同时求解, 交换温度、热流、力与位移 – 在Mechanical中需要耦合场单元
橡胶阀的双向流固耦合
橡胶材料 耦合交界面
理想气体
理想气体 运动壁面
开口边界
阀门
活塞
水
橡胶
油
橡胶阀的双向流固耦合
– 顺序
• 多场分析顺序求解 • 第一个分析的结果作为下一个分析的载荷 • 间接耦合是通过载荷矢量求解
Physical Coupling