abaqus FSI流固耦合教程 PPT
第九讲 流固耦合
刚体欧拉耦合
全耦合– 水下爆炸
水下爆炸对舰艇的影响
刚体欧拉耦合
刚体壳
水和空气使用3D多物质欧拉
全耦合 – 水面爆炸对舰艇的影响
靠近舰艇的空气中爆炸
刚体欧拉耦合 刚体壳 水和空气使用3D多物质欧拉
全耦合 – 爆炸对舰艇壳体的冲击变形
靠近舰艇的空气中爆炸
刚体欧拉耦合 刚体壳 水和空气使用3D多物质欧拉
覆盖的体和面在每个时间不均参与计算
效率没有刚性耦合高 为有效的载荷周期进行耦合计算
不需要欧拉网格时，将其删除
全耦合 - 建筑物中爆炸
砖混结构的炸药库中27 吨炸药爆炸 (ESH)
欧拉冲击波求解器
全耦合 - 内弹道
气体在膛内流动，出口处膨胀泄压 欧拉冲击波求解器
全耦合- 水下爆炸
炸药和水用多物质欧拉求解器 钢质筒使用拉格朗日求解器
全耦合 - 爆炸侵彻钢筋混凝土
Euler Blast
Lagrange Concrete
Beam Reinforcements
全耦合- 地雷爆炸
空气爆炸
全耦合
破片碰撞
接触
侵蚀
余留的惯性
全耦合 – 爆炸侵彻 RPG
RPG爆炸冲击波和破片对 CFRP翼箱的破坏
空气中爆炸采用冲击波求 解器 RPG壳体 (破片) 和翼箱
全耦合 – 玻璃碎片
有效减低飞散玻璃碎片的危 险，德国国防部对各种汽车 玻璃进行了安全评估 :
Test in Large Blast Simulator
ABAQUS有限元软件使用知识PPT教学课件
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ABAQUS6.4后处理模块界面
• ABA QUS 6.4后 处理 模块 界面 如图 所示
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后续的实例
带孔平板模型结果示意图
• 带孔 平板 模型 结果 图形 显示 如图 所示
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谢谢大家观赏！
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• 特别是它的非线性力学（几何、材料、接触）分析功能具有 世界领先水平，在北美、欧洲和亚洲许多国家的机械、化工、 土木、水利、材料、航空、船舶、冶金、汽车、电气工业设 计等领域中得到广泛的应用
• 它可以进行结构的静态和动态分析，如应力、变形、振动、 冲击、热传导和对流、质量扩散、声波、力电耦合分析等
功能模块
• Job（作业） • Visualization(可视化) • Sketch（草图）
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功能模块界面
• 功能模块 界面如图 所示
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ABAQUS/VIEWER——后处理
• 由于在模拟过程中产生了大量的数据，所以图形后处理是十分重要的 • ABAQUS/CAE的Visualization(可视化)模块（也另外授权为
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连接环模型结果示意图
• 连接 环模 型结 果图 形显 示如 图所 示
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斜板模型示意图
斜板 模型 实际 情况
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斜板模型结果示意图
• 斜板 模型 结果 图形 显示 如图 所示
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带孔平板模型示意图
《Abaqus教程》课件
06
Abaqus未来发展与展望
人工智能与机器学习在Abaqus中的应用
预测模型
利用机器学习技术，对Abaqus模拟结果进行预测 ，提高预测精度。
自动化优化
结合人工智能算法，实现Abaqus模型的自动优化 ，提高设计效率。
自动化校准
利用机器学习技术，自动校准Abaqus模型的参数 ，减少人工干预。
标准化接口
推动Abaqus的标准化接口发展，促进软件之间的互操作性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
接触表面处理
在进行接触设置时，需要对接触表面进行处理，如 粗糙度、摩擦系数等，以确保模拟结果的准确性。
接触条件
在模拟过程中，用户需要设定接触条件，如 接触压力、温度等，以控制模拟的边界条件 。
优化设计
优化目标
用户可以根据实际需求设定优化目标，如最小化重量、最大化刚度 等，以实现结构优化设计。
优化算法
02
Abaqus基本操作
启动与退
启动Abaqus
打开Abaqus软件，选择合适的模块 和许可证。
退出Abaqus
完成操作后，选择“文件”菜单中的 “退出”选项，保存更改并关闭软件 。
模型创建
创建模型
在“模型”菜单中选择“创建模型”选项，选择合适的单位和坐标系。
创建部件
在“模型”菜单中选择“创建部件”选项，输入部件名称和尺寸。
材料模型的发展与挑战
01
02
03
新材料模型
随着新材料的发展，需要 开发新的材料模型以适应 模拟需求。
多物理场耦合
实现多物理场（如热、力 、电等）的耦合模拟，提 高模拟精度。
参数的不确定性
abaqusFSI流固耦合教程PPT课件
1 abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
1.3 入门实例
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2、abaqus流固耦合简介
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2 abaqus流固耦合简介
2.1 概述 流固耦合即FSI，是指流体的运动会影响固体，而固体变化又会反过来影响流体运动。
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4、热流耦合操作与实例
1、建立几何模型 PCB板尺寸 7.8X11.6X0.16 cm 芯片尺寸 3X3X0.7 cm 发热块尺寸 1.8X1.8X0.3cm 核心尺寸 0.75X0.75X0.2cm 空气尺寸 27.8X20X12.56 cm
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4、热流耦合操作与实例
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1 abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
1.2 abaqus/cfd的介绍 采用基于混合有限体积和有限元元的计算方法 只能采用非可压缩流、基于压力的求解器 可选择层流和湍流 从6.10版开始引入 前后处理及求解都可以在软件中完成
目录
• 1、abaqus/CFD模块简介 • 2、abaqus流固耦合简介 • 3、流固耦合操作与实例 • 4、流热耦合操作与实例
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1、abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
1.1 计算流体动力学基础
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1 abaqus/CFD模块简介
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3、流固耦合操作与实例
润滑油简化为不可压缩、均匀介质 质量864Kg/m3 动力粘度4.33cp 比定压热容2063J/(Kg.K) 入口速度1.93m/s
(整理)流固耦合FSI分析
流固耦合FSI分析分析原理：流场采用CFX12，固体采用ANSYS12分别计算，通过界面耦合。
流体网格：流体部分采用HyperMesh9.0分网，按照流体分网步骤即可，没有特殊要求。
网格导出：CFX可以很好的支持Fluent的.cas格式。
直接导出这个格式即可。
流体的其余设置都在CFX-PRE中设置。
固体网格即设置：HyperMesh9.0划分固体网格。
设置边界条件，载荷选项，求解控制，导出.cdb文件。
实例练习：以CFX12实例CFX tutorial 23作为练习。
为节省时间，将计算时间缩短为2s。
网格划分：提取CFX tutorial 23中的实体模型到hm中，分别划分流体，固体网格。
分别导出为fluent的.cas格式和ansys的cdb格式。
流体网格如下：网格文件见:fluid.cas固体网格为：特别注意：做FSI分析时，ANSYS固体部分必须在BATCH下运行（即将.cdb文件导入ansys不需要任何操作就能直接计算出结果），所以导出的.CDB文件需要添加一个命令，在hm建立FSIN_1的set，以方便在.cdb中手动添加命令SF,FSIN_1,FSIN,1，具体位置在定义了节点集合FSIN_1之后。
另一个set：pressure用于施加压强。
这里还设置了一些控制卡片用于分析，当然也可以直接修改.cdb文件详细.cdb文件请参看plate.cdb将固体部分在ansys中计算一下，以确定没有问题。
通过ansys计算检查最大位移：最上面的点x向变形曲线至此，固体部分的计算文件已经准备好，流体网格需要导入CFX以进一步设置求解选项和耦合选项。
以下在CFX-PRE中进行设置由于固体模型已经生成，故不需要利用workbench，所以不必按照指南的做法。
启动workbench，拖动fluid flow(CFX)到工作区直接双击setup进入CFX-PRE 导入流体网格然后设置分析选项：注意：mechanical input file即是固体部分网格。
Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结
Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结翻译抖音号abaquser，qq443941211这个问题提出了在圆柱形热源周围饱和土壤中固结的解决方案。
布克和萨维维杜（Booker and Savvidou，1985）对该问题进行了研究，它代表了埋在饱和土壤中的放射性废物罐问题的理想化。
由于来自罐的热辐射而发生的温度变化导致孔隙水的膨胀量大于土壤中的孔隙，导致热源周围的孔隙压力增加。
产生的孔隙压力梯度将孔隙流体驱离热源，导致孔隙压力随时间消散。
Booker和Savvidou开发了针对点热源深埋在饱和土壤中的基本问题的分析解决方案。
随后，他们使用该分析解决方案得出了圆柱热源周围固结问题的近似解决方案。
该问题为Abaqus中的耦合热固结能力提供了验证。
饱和土壤的分析需要耦合应力-扩散方程的解，Abaqus中使用的公式在《Abaqus理论指南》第2.8节“多孔介质分析”中有详细描述。
热固结能力还可以与应力扩散方程完全耦合地求解传热方程（同时考虑传导和对流效应），从而模拟孔隙压力对孔隙流体和管道中温度场的影响。
土壤，反之亦然。
定义几何形状和材料特性的参数的数值是基于Lewis和Schrefler（2000）对这个问题进行的参数研究中给出的细节。
问题描述问题设置如图1.15.7-1所示。
半径为0.1604m，高度为2.5m的圆柱形热源被埋在半径和高度均等于10m的圆柱形土壤中。
实际上，土壤的圆柱形体积代表了围绕热源的无限介质。
重力被忽略了。
由于边界条件（下面将详细讨论），问题基本上是一维的，唯一的梯度是在径向上。
分析的目的是预测整个土壤质量，特别是热源附近的孔隙压力和温度随时间的变化。
几何和模型利用垂直方向的对称性，仅对问题的一半进行建模。
使用三维和轴对称的温度-孔压力元件均可解决此问题。
为了呈现结果，选择了三维元素类型C3D8RPT。
三维分析和轴对称分析均使用基本三维8节点或轴对称4节点元素以及修饰的四面体元素的不同变体（例如，积分和混合）进行。
流固耦合分析(FSI)理论详解
流固耦合分析（FSI）流固耦合分析（FSI）是涉及流体和固体之间相互作用的问题研究，其理论包括了几个主要方面：流体力学、固体力学、耦合边界条件、求解器等。
以下是流固耦合分析的详细理论讲解，带有相关公式和尽量详细的说明。
一、流体力学1. 守恒定律质量守恒定律：$$ \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0 $$动量守恒定律：$$ \rho \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + \rho (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} = \nabla \cdot \tau + \mathbf{f} $$其中，$\rho$是流体密度，$\mathbf{u}$是流体速度，$\tau$是应力张量，$\mathbf{f}$是体力。
2. 纳维-斯托克斯方程$$ \rho \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + \rho (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} = \nabla \cdot (-p\mathbf{I} + \tau) + \mathbf{f} $$其中，$p$是静压力，$\mathbf{I}$是单位张量。
3. 边界条件（1）速度边界条件：$\mathbf{u} = \mathbf{u}_b$，其中$\mathbf{u}_b$是边界上的速度。
（2）压力边界条件：$p = p_b$，其中$p_b$是边界上的压力。
4. 流体力学求解器常用的流体力学求解器有OpenFOAM、ANSYS Fluent等。
二、固体力学1. 力学基本方程$$ \tau = \sigma\cdot \mathbf{n} $$其中，$\tau$是表面上的接触力，$\sigma$是固体的应力张量，$\mathbf{n}$是表面的单位法向量。
流固耦合原理PPT课件
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟 Part 5 耦模合拟机计理算结果分析
◎不同时刻地下水浸润面
◎稳定性分析
不同水位时的稳定系数
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第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟 Part 5 耦模合拟机计理算结果分析 ◎应力场分析
初始状态最大剪应变增量分布(m） 完全饱和状态最大剪应变增量分布(m）
◎定解条件 l)边界条件
第一类(己知水头边界条件）
第二类(流量边界条件）
第三类边界条件(混合边界条件）
2)初始条件
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第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理 Part 1 耦土合石机混理合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 ◎应力场定解条件 l)位移边界条件
l)应力边界条件
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第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟 Part 5 耦模合拟机计理算结果分析
◎应力场分析
完全饱和状态时塑性区分布图
完全饱和状态时最大主应力云图(Pa)
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第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟 Part 5 耦模合拟机计理算结果分析
◎渗流场分析
初始状态孔隙水压力分布
（3）孔隙流体(不考虑源汇项)的连续性方程
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第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理 Part 1 耦土合石机混理合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 ◎应力场影响下的渗流场方程 联立以上式子得 土石混合体流一固耦合渗流场连续性方程
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第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理 Part 1 耦土合石机混理合体边坡失稳的流一固耦合数学模型
◎岩体渗流场与应力场的耦合 渗流场通过施加于裂隙壁面上的法向渗透压力和切向托曳
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3、流固耦合操作与实例
润滑油简化为不可压缩、均匀介质 质量864Kg/m3 动力粘度4.33cp 比定压热容2063J/(Kg.K) 入口速度1.93m/s
单位mm，圆角R100
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3、流固耦合操作与实例
后处理： 1、管道的压力云图 2、管道转弯处的位移随时间变化 3、流体的速度剖面图 4、显示流线
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1 abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
非稳态分析必须设定初始条件：
压强、速度、温度、湍流数量
需要设定的区域：
进口和出口、壁面、远场及其他抽象区域
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1 abaqus/CFD模块简介
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4、流热耦合操作与实例
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4、流热耦合操作与实例
实例题目：单芯片的电路板流热耦合分析[1] 分析对象：芯片与周围介质 分析平台：ABAQUS 6.12 分析类型：双向流热耦合 分析目标：了解芯片传导换热的状况
[1]Conjugate heat transfer analysis of a component-mounted electronic circuit board. Abaqus Example Problems Manual 6.1.Abaqus 6.12 Documentation.
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2 abaqus流固耦合简介
（5）定义输出变量
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2 abaqus流固耦合简介
可用求解器（6.10版）
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2 abaqus流固耦合简介
可供耦合的求解器
动力隐式求解器（模型1） 动力显式求解器（模型2） 热传递（模型3） 动力温度位移耦合求解器，不含温度求解（模型4）
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3、流固耦合操作与实例
ABAQUS/CFD及流固耦合视频教程
制作人：辉墨点睛
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目录
• 1、abaqus/CFD模块简介 • 2、abaqus流固耦合简介 • 3、流固耦合操作与实例 • 4、流热耦合操作与实例
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1、abaqus/CFD模块简介
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1 abaqus/CFD模块简介
1.1 计算流体动力学基础
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1 abaqus/CFD模块简介
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3、流固耦合操作与实例
实例题目：管道流体双向耦合的动力学模拟分析[1]
分析对象：管道（固）润滑油（流） 分析平台：ABAQUS 6.12 分析类型：双向流固耦合 分析目标：得到管道位移过大的主要影响因素
参考文献
[1]潘海丽,张亚新.管道流体双向耦合的动力学模拟分析[J].中国石油和化工标准与质量,2013,(6).
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2 abaqus流固耦合简介
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2 abaqus流固耦合简介
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2 abaqus流固耦合简介
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2 abaqus流固耦合简介
时间15s
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4、热流耦合操作与实例
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4、热流耦合操作与实例
后处理：
temperature
pressure
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velocity vector
temperature
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2 abaqus流固耦合简介
不适用的范围 震动噪声 利用杆、梁、桁架、线缆建立的模型 喷射成形、铸造、超塑性成形 破裂、渗透分析
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2.2操作流程
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（1）定义流体介质属性
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2 abaqus流固耦合简介
（2）定义分析步
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1.2 abaqus/cfd的介绍 采用基于混合有限体积和有限元元的计算方法 只能采用非可压缩流、基于压力的求解器 可选择层流和湍流 从6.10版开始引入 前后处理及求解都可以在软件中完成
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1 abaqus/CFD模块简介
1.3 入门实例
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2、abaqus流固耦合简介
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2 abaqus流固耦合简介
2.1 概述 流固耦合即FSI，是指流体的运动会影响固体，而固体
变化又会反过来影响流体运动。
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2 abaqus流固耦合简介
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适用范围
2 abaqus流固耦合简介
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Байду номын сангаас
2 abaqus流固耦合简介
（3）定义预定义场
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2 abaqus流固耦合简介
（3）定义预定义场
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（4）定义边界和载荷
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4、热流耦合操作与实例
1、建立几何模型 PCB板尺寸 7.8X11.6X0.16 cm 芯片尺寸 3X3X0.7 cm 发热块尺寸 1.8X1.8X0.3cm 核心尺寸 0.75X0.75X0.2cm 空气尺寸 27.8X20X12.56 cm
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4、热流耦合操作与实例
• 单元类型DC3D8 • 初始温度293K • 体热通量50mW/s/mm3 • 瞬态热传递分析步，初始增量0.01s；CFD分析；总仿真