abaqus与fluent流固耦合
关于ABAQUS在流固耦合方面的应用
关于ABAQUS 在流固耦合方面的应用摘 要：针对ABAQUS 有限元分析软件中的流固耦合功能，简述了其中理想气体状态方程的各参数含义以及流固耦合的分析要点。
文章通过ABAQUS 仿真分析和理论数值解的对比，证明了ABAQUS 软件计算理想气体状态方程的可信性，最后介绍其在某型号弹上的分析应用。
关键词： 理想气体方程 流固耦合 ABAQUS前言随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理想气体状态方程的功能和应用。
为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状态变化曲线（仿真曲线）；然后通过matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，并在Matlab 上获得数值解（理论曲线）。
将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。
在此基础上，将其用在某型号弹上的流固耦合分析。
1 理想气体方程的参数含义在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：()a z p p R ρθθ∆+=- (1)其中：p ∆：气体压强的增量，初始增量为零，ODB 文件输出的压强a p ：初始的气体压强，标准大气压为51.01310⨯Paρ：气体密度，这里设为31.17/kg mR ：气体常数，这里为287θ：气体温度，初始温度设为20℃，ODB 文件输出的温度z θ：绝对温度的零值，这里为-273℃在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1所示图1 定义系统的绝对零度2 ABAQUS 仿真建立如图2所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。
假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且活塞以一定的速度向前运动。
图2 气体未压缩和压缩后体积的变化在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp文件的关键字实现，经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。
基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例1
CAE联盟论坛精品讲座系列基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例主讲人：mafuyin CAE联盟论坛总监摘要：通过MpCCI流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了Abaqus和Fluent相结合的流固耦合仿真分析。
信息介绍了从建模、设置到求解计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。
1 分析模型用三维建模软件solidworks建立了一个管径为1m的弯管，结构尺寸如图1a所示，管的结构如图1b所示，流体的模型如图1c所示。
值得注意的是，由于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接生成，而需先通过对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模型。
用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。
a. 尺寸关系b. 管壁结构c. 流体模型图1. 几何模型示意图图2. 流固耦合传热分析模型示意图内壁面(耦合面)速度入口v=6m/s; T in=600K外壁面压力出口P=0Pa；T out=300K由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。
即管的一端为流体速度入口，一端为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口速度为6m/s，温度为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。
需要求解流体和管壁的温度场分布情况。
2 流体模型将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器Gambit中，如图3a所示。
设置求解器为，然后划分体网格，网格尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所示。
a. 导入Gambit软件中的流体模型b. 流场的网格模型图3. 流体模型及网格示意图进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口(VELOCITY_INLET)、压力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。
基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例
基于MpCCI 的Abaqus 和Fluent 流固耦合案例mafuyin摘要：通过MpCCI 流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了Abaqus 和Fluent 相结合的流固耦合仿真分析。
信息介绍了从建模、设置到求解计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。
1 分析模型用三维建模软件solidworks 建立了一个管径为1m 的弯管，结构尺寸如图1a 所示，管的结构如图1b 所示，流体的模型如图1c 所示。
值得注意的是，由于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接生成，而需先通过对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模型。
用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。
a. 尺寸关系b. 管壁结构c. 流体模型图1. 几何模型示意图图2. 流固耦合传热分析模型示意图内壁面(耦合面) 速度入口v=6m/s; T in =600K 外壁面压力出口 P=0Pa ；T out =300K由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。
即管的一端为流体速度入口，一端为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口速度为6m/s，温度为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。
需要求解流体和管壁的温度场分布情况。
2 流体模型将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器Gambit 中，如图3a所示。
设置求解器为，然后划分体网格，网格尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所示。
a. 导入Gambit软件中的流体模型b. 流场的网格模型图3. 流体模型及网格示意图进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口(VELOCITY_INLET)、压力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。
关于ABAQUS在流固耦合方面的应用
关于ABAQUS 在流固耦合方面的应用摘 要：针对ABAQUS 有限元分析软件中的流固耦合功能，简述了其中理想气体状态方程的各参数含义以及流固耦合的分析要点。
文章通过ABAQUS 仿真分析和理论数值解的对比，证明了ABAQUS 软件计算理想气体状态方程的可信性，最后介绍其在某型号弹上的分析应用。
关键词： 理想气体方程 流固耦合 ABAQUS前言随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理想气体状态方程的功能和应用。
为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状态变化曲线（仿真曲线）；然后通过matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，并在Matlab 上获得数值解（理论曲线）。
将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。
在此基础上，将其用在某型号弹上的流固耦合分析。
1 理想气体方程的参数含义在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：()a z p p R ρθθ∆+=- (1)其中：p ∆：气体压强的增量，初始增量为零，ODB 文件输出的压强 a p ：初始的气体压强，标准大气压为51.01310⨯Paρ：气体密度，这里设为31.17/kg mR ：气体常数，这里为287θ：气体温度，初始温度设为20℃，ODB 文件输出的温度 z θ：绝对温度的零值，这里为-273℃在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1所示图1 定义系统的绝对零度2 ABAQUS 仿真建立如图2所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。
假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且活塞以一定的速度向前运动。
图2 气体未压缩和压缩后体积的变化在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp文件的关键字实现，经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。
fluent流固耦合设定
fluent流固耦合设定一、什么是流固耦合设定？流固耦合是指流体和固体之间相互作用的过程。
在工程领域中，很多问题涉及到流体与固体的相互作用，例如水下管道的抗风荷载、风力发电机的叶片动力响应等。
在这些问题中，不能简单地将流体和固体分离开来考虑，而是需要将它们作为一个整体进行计算。
因此，流固耦合设定就是在计算流体和固体相互作用问题时，将它们进行耦合设定，使它们之间的相互作用能够得到准确的计算和分析。
流固耦合设定是一种数值模拟方法，通过对流体和固体的运动方程和力学方程进行求解，来模拟流体和固体在相互作用过程中的行为。
在流固耦合设定中，流体和固体之间存在力的作用，当流体流过固体时，会对固体施加压力，而固体对流体也会产生阻力。
通过将流体和固体的运动方程相互耦合，可以模拟流体流经固体体积或表面时产生的力和位移。
流固耦合设定可以用于研究湍流、热传导、质量传输等问题，广泛应用于航空航天、水利水电、化工等领域。
二、流固耦合设定的应用领域1. 航空航天工程在航空航天工程中，流固耦合设定被广泛应用于飞行器的气动弹性研究。
在设计飞行器时，需要考虑飞行器的结构是否能够在气动载荷下安全运行。
通过流固耦合设定，可以模拟飞行器在不同空速下的气动载荷，并研究飞行器结构在不同载荷作用下的动力响应。
这有助于优化飞行器的结构设计，提高飞行器的飞行性能和安全性。
2. 水利水电工程在水利水电工程中，流固耦合设定被用于模拟水下建筑物的抗风荷载。
水下建筑物如海底管道、海底电缆等在受到风、流的作用时，会产生振动和应力，可能导致结构破坏。
通过流固耦合设定，可以模拟水下建筑物在风、流作用下的动态响应，为水下工程的设计和施工提供可靠的依据。
3. 化工工程在化工工程中，流固耦合设定被用于模拟颗粒流体化的过程。
例如在粉煤灰输送管道中，颗粒和气体同时存在的情况下，可以使用流固耦合设定来模拟颗粒的运动轨迹和流体的流动状态。
这对于优化输送管道的设计和操作参数的选择非常有帮助。
abaqus与fluent流固耦合
基于MPCCI的流固耦合成功案例基于MPCCI的流固耦合成功案例（一）机翼气动弹性分析1 问题陈述机翼绕流问题是流固耦合中的经典问题。
以前由于缺乏考虑流固耦合的软件，传统的分析方法是将机翼视为刚体，不考虑其弹性变形，通过CFD软件来计算机翼附近的流场。
这个强硬的假设很难准确的描述流场的实际情况。
更无法预测机翼的振动。
MPCCI是基于代码耦合的并行计算接口，它可以同时调用结构和流体的软件来实现流固耦合。
我们通过MPCCI，能很好的预测真实情况下的机翼绕流问题。
采用ABAQUS结构分析软件来求解结构在流畅作用下的变形和应力分布，通过Fluent软件来计算由于固体运动和变形对整个流场的影响。
2 模拟过程分析顺序MpCCI的图形用户界面可以方便的读入结构和流体的输入文件。
后台调用ABAQUS和FLUENT。
在MPCCI耦合面板中选择耦合面，然后选择在相应耦合面上流体和固体需要交换的量。
启动MpCCI进行耦合。
3 边界条件设置图1 无人机模型和流体计算模型结构部分单个机翼跨度在1.5m左右，厚度为0.1m左右。
边界条件为机翼端部的固定，三个方向的位移完全固定，另一端完全自由。
在固体中除了固定端的面外，其他三个面为耦合面。
流体部分采用四面体网格，采用理想气体作为密度模型。
流体的入口和出口以及对称性边界条件如下图所示。
图2 固体有限元模型4 计算方法的选择通过结合ABAQUS和FLUENT，使用MPCCI计算流固耦合。
在本例中，固体在流场作用下产生很大的变形和运动。
在耦合区域，固体结构部分计算耦合面上的节点位移，通过MPCCI传输给FLUENT的耦合界面，FLUENT 计算出耦合区域上的节点力载荷，然后通过MPCCI传给结构软件ABAQUS。
在MPCCI的耦合面板中选择的耦合面如图所示，交换量为：节点位移、相对受力。
采用ABAQUS中的STANDARD算法，时间增量步长为0.1毫秒。
5 计算结论通过MPCCI结合ABAQUS和FLUENT，成功地计算在几何非线性条件下的气动弹性问题，得到了整个流体区域的流场分布以及结构的动态响应历程。
abaqus与fluent流固耦合
Abaqus与Fluent流固耦合什么是流固耦合？在工程学中，流固耦合是指流体和固体之间互相影响的现象。
它在许多工程领域都是非常重要的，例如航空航天、化学反应工程、海洋工程等。
在流固耦合中，流体可以影响固体的形状和运动，而固体则可以影响流体的速度和流动分布。
什么是Abaqus和Fluent?Abaqus是一款用于有限元分析的软件，它可以帮助工程师和科学家分析结构、热力学、电子力学、流体力学等领域的问题。
Fluent是ANSYS公司推出的一款用于计算流体动力学（CFD）的软件，它可以帮助用户进行流体模拟和分析。
Fluent在工业和学术领域都得到了广泛的应用。
为什么需要流固耦合？在某些工程问题中，我们需要同时考虑固体和流体的影响。
例如，飞机的机翼和风扇叶片在飞行时都会受到气流的影响。
对于这种情况，我们需要用到流固耦合分析来预测机翼或叶片的形变和应力变化，以及气流的速度和分布。
Abaqus与Fluent重叠网格法（Coupled Meshing）耦合Abaqus和Fluent之间可以通过重叠网格法来进行流固耦合分析。
这种方法可以实现固体表面的变形和流体速度场之间的相互作用。
它包括三个步骤：1.生成重叠网格在流固耦合分析中，我们需要生成重叠的网格，即一个网格同时覆盖了固体和流体的域。
这可以通过使用Abaqus或Fluent中的网格生成工具来实现。
在网格生成过程中，我们需要注意网格的质量和细密程度，以保证精度和计算效率。
2.定义边界条件在进行流固耦合分析之前，我们需要定义固定边界条件和物理边界条件。
固定边界条件是指固体的边界条件，例如支撑和约束。
物理边界条件是指流体的边界条件，例如入口速度和出口压力。
在定义边界条件时，我们需要考虑固体和流体的相互作用，以实现流固耦合的效果。
3.进行流固耦合分析在完成重叠网格和边界条件的定义后，我们可以使用Abaqus和Fluent中的耦合模块来进行流固耦合分析。
在分析过程中，Abaqus会将固体模型发送给Fluent进行流体分析，然后将流体分析结果反馈给Abaqus进行固体的力学分析。
fluent 热流固耦合
fluent 热流固耦合随着科技的不断发展和创新，计算机仿真技术在各个行业也有着越来越广泛的应用。
其中，热流固耦合是一种非常重要的仿真技术，在很多领域都具有广泛的应用。
其中，Fluent热流固耦合技术更是一个非常值得关注的研究领域，下面将从基本原理、建立模型、计算求解等多个方面对它进行详细的讲解。
一、基本原理Fluent热流固耦合技术是建立在CFD（计算流体力学）和FEM（有限元方法）的基础之上的，主要是应用在热问题中。
其基本思想是将热传导、热对流和热辐射等引起的热流场与温度场进行非线性计算，得到各个部位的温度分布和热流分布，同时保证热流的守恒性。
在此基础上，通过非线性有限元分析，确定每个部位的温度分布和热流分布，这样就可以基本实现热流固耦合的模拟计算。
二、建立模型建立模型是Fluent热流固耦合技术的重点之一，模型的建立质量直接影响到计算结果的准确性。
在Fluent中，按照边界条件和物理参数的不同，可以将模型分为三个主要部分：流场模型、温度场模型和结构场模型。
首先，流场模型主要用来描述流体运动的特性，包括流场的流速、压强、浓度等。
其次，温度场模型主要描述被模拟对象的温度变化情况，包括其外部环境的温度、热源的热量分布等。
最后，结构场模型主要用于处理固体结构的升温和变形等问题。
建立完整有效的模型后，就可以通过Fluent热流固耦合技术进行计算求解。
三、计算求解在进行计算求解时，首先需要将所建立的模型导入Fluent中，并设置与之相对应的边界条件和物理参数等。
其次，根据所需求解的问题，选择合适的求解方式，如数值分析法、有限元法等，然后进行计算。
在计算过程中，需要根据实际情况和需要设定合适的收敛精度、求解步长等，以确保计算结果的准确性。
最后得到的计算结果，可以通过可视化方法展示出来，如温度分布图、流速分布图等，从而得到所需的仿真数据。
总之，Fluent热流固耦合技术具有广泛的应用前景，包括汽车工程、航空航天、电子电器、能源领域等。
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基于MPCCI的流固耦合成功案例
基于MPCCI的流固耦合成功案例
（一）机翼气动弹性分析
1 问题陈述
机翼绕流问题是流固耦合中的经典问题。
以前由于缺乏考虑流固耦合的软件，传统的分析方法是将机翼视为刚体，不考虑其弹性变形，通过CFD软件来计算机翼附近的流场。
这个强硬的假设很难准确的描述流场的实际情况。
更无法预测机翼的振动。
MPCCI是基于代码耦合的并行计算接口，它可以同时调用结构和流体的软件来实现流固耦合。
我们通过MPCCI，能很好的预测真实情况下的机翼绕流问题。
采用ABAQUS结构分析软件来求解结构在流畅作用下的变形和应力分布，通过Fluent软件来计算由于固体运动和变形对整个流场的影响。
2 模拟过程分析顺序
MpCCI的图形用户界面可以方便的读入结构和流体的输入文件。
后台调用ABAQUS和FLUENT。
在MPCCI耦合面板中选择耦合面，然后选择在相应耦合面上流体和固体需要交换的量。
启动MpCCI进行耦合。
3 边界条件设置
图1 无人机模型和流体计算模型
结构部分单个机翼跨度在1.5m左右，厚度为0.1m左右。
边界条件为机翼端部的固定，三个方向的位移完全固定，另一端完全自由。
在固体中除了固定端的面外，其他三个面为耦合面。
流体部分采用四面体网格，采用理想气体作为密度模型。
流体的入口和出口以及对称性边界条件如下图所示。
图2 固体有限元模型
4 计算方法的选择
通过结合ABAQUS和FLUENT，使用MPCCI计算流固耦合。
在本例中，固体在流场作用下产生很大的变形和运动。
在耦合区域，固体结构部分计算耦合面上的节点位移，通过MPCCI传输给FLUENT的耦合界面，FLUENT 计算出耦合区域上的节点力载荷，然后通过MPCCI传给结构软件ABAQUS。
在MPCCI的耦合面板中选择的耦合面如图所示，交换量为：节点位移、相对受力。
采用ABAQUS中的STANDARD算法，时间增量步长为0.1毫秒。
5 计算结论
通过MPCCI结合ABAQUS和FLUENT，成功地计算在几何非线性条件下的气动弹性问题，得到了整个流体区域的流场分布以及结构的动态响应历程。
图3 不同时刻的机翼变形
(二)节流阀流固耦合
阀耐实验有限公司的流体流动阀模拟（几何模型和试验值由Vernay Laboratories提供）
世界最领先的阀门公司Vernay公司，应用MpCCI结合ABAQUS和FLUENT对气阀进行优化设计。
设计目标为：在定制的工程阀上,要求在变化的入口压力条件下得到恒定的流量输出。
气阀的工作原理：在变压的入口，气流作用在阀门口的超弹性材料上，随着入口压力的增大，超弹性材料，产生很大的变形，从而逐渐缩小入口口径，这样保证通过气阀的流量是一定的。
示意如下图：
Under low pressure Under high pressure
图4 流动控制阀刨面
实际几何结构和模型如下所示
（a）（b）
图5 气阀耦合计算结构和模型
固体部分材料是超弹性材料，变形存在很大的非线性，采用ABAQUS作为流固耦合的固体耦合软件，采用C3D8RH杂交减积分单元，单元数大约是22000个。
橡胶气阀部分和外边界采用有限滑移摩擦（Finite-sliding frictional contact）。
流体部分采用FLUENT软件作为耦合的流体计算软件，采用标准的k-ε 模型，四面体单元，单元数大约在233000个单元。
通过试验值和数值模拟值得比较可以，MpCCI集合ABAQUS和FLUENT有很好的预测效果。
图6 流量和入口压力关系曲线
为此，得到阀耐公司的高度评价，“Vernay是ABAQUS的长期客户。
当流体流动扮演重要作用时与流体的耦合分析将排除传统的反复切割实验的方法来开发新产品”。
（三）滑翔机机翼的空气动力学研究
图7 滑翔机结构
采用的模型是DG-1000滑翔机机翼。
ZentrumfürStrukturtechnologien, ETH Zürich最
先采用采用了小变形线弹性模拟了这个模型，采用MpCCI模拟大变形对气流场的影响。
模拟的目标：决定不同的机翼设计对气动性能的影响。
DG-1000滑翔机机翼具有大的机翼跨度和机身长度，机翼跨度是20米。
结构性能是柔性、低阻尼。
在计算分析中采用三种不同前倾斜角分别为-1度，-5度和-10度，如下图所示
Dehning, C., P. Post, C. Rumpler, K. Wolf, C. Ledermann, F. Hurlimann, P. Ermanni,
“Fluid-StrukturkopplungenmitMpCCI,” 2004
图8 三种不同的前倾角度
由于机翼的扭转响应将随着前倾角变化而改变在机翼周围的流体流动，因此将改变其空气动力学性能。
在模拟过程中，固体耦合软件采用ABAQUS有限元软件，采用S4/S3单元，总的单元数为37000个。
考虑材料的大变形，线弹性复合材料。
流体采用FLUENT为耦合的流体计算软件，采用了723000个四面体单元，流场为不可压层流。
结论的比较如下所示
Aerodynamic forces at 140 km/h
图9 计算结果对比
分析表明，结构的变形对在和重新分布影响很大，非线性因素在这里扮演了关键角色。