基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例
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。
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。
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。
第三方平台软件流固耦合mpcci介绍(中文版)案例
MpCCI的工作原理
• 结构和流体方程独 立求解，互相交换 边界条件
• MpCCI自动完成耦 合面上数据的插值 和传递
MpCCI的优势
• 适应性强。对特定的问题，使用“合适”的软件来解决
• 对运行平台，网络环境没有限制
• 支持大部分主流计算软件的直接耦合模拟
• MpCCI提供了API Toolkit，可以方便的与用户自己编写的程序进行耦 合计算
下，或站着，或随即坐在石头上，手 持那把 扇子， 边唠嗑 边乘凉 。孩子 们却在 周
围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听 到“强 子，别 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ了， 快来我 给你扇 扇”。 孩
108-基于MpCCI的流固耦合技术的工程应用
面向工程的流固耦合解决方案魏随利北京海基科技有限责任公司1基于MpCCI的流固耦合方案的流固耦合方案MpCCI （Mesh-based parallel Code Coupling Interface）是由德国SCAI开发出来的，其目的是为了提供一个独立于应用的接口来耦合不同的仿真代码。
MpCCI是这样的一个软件环境，它可以交换两个或多个仿真代码在耦合区域的网格之间的数据。
一般而言，属于不同仿真代码的网格是互不兼容的，MpCCI需要完成插值。
在并行情况下，MpCCI保持对在不同进程网格区域分布的跟踪。
MpCCI允许交换耦合代码之间的任意的物理量，如能量和动量源、材料特性、网格定义或全局量。
数据交换的复杂细节被隐藏在简洁的MpCCI界面接口之后。
大多数商业CFD/FEM软件允许用户通过编程接口增加额外的特征、物理模型、边界条件，在用户定义子程序内部存取内部数据结构是可能的，甚至于通过子程序参数、全局变量或者通过内部模型来读取和保存数据。
MpCCI正是使用这种能力完成代码适配，在每一个迭代步或时间步后所调用的子程序是连接到MpCCI的挂钩。
固体结构软件采用MARC、ABAQUS、ANSYS，流体分析软件采用FLUENT，以MpCCI 为流固耦合接口可以方便地模拟流固耦合问题。
在流固耦合时，流体分析软件FLUENT起主导和控制作用。
首先由流体软件初始化流场，在初始化完成后，流体软件将耦合区域的受力传递给固体分析软件MARC 或ABAQUS，固体分析软件计算这一时刻的节点位移、应力，在固体软件完成初始时刻的计算后，固体软件将耦合区域的节点位移传递给流体软件FLUENT，作为FLUENT软件移动边界的依据。
这时流体软件将时间步推进到下一时刻，完成下一个时刻的流动模拟，并且将耦合区域的受力传递给固体分析软件，在固体完成计算后将位移传递得流体分析软件，如此循环直到耦合过程结束。
双方在耦合区域部分的网格可以是不匹配的，MpCCI实现二者之间的传递和插值。
一些关于使用MPCCI计算流固耦合问题时Fluent网格分块的经验
一些关于使用MpCCI计算流固耦合问题时Fluent网格分块的经验下面的列子只是为了说明问题而构造的，实际问题要比这个复杂的多。
如下图所示，流体从左边以一定的攻角流入，绕过中间蓝色的固体障碍物，然后从右边流出。
图（一）：问题背景示意图在使用MpCCI, Fluent和其它FEM软件(比如ABAQUS)进行流固耦合计算时，通常由于CFD计算很耗时，而不得不使用Fluent并行计算功能以缩短计算时间。
这里我将以四个节点并行计算来说明问题。
要使用Fluent并行计算功能，那么必需将Fluent的网格分块(partition)，但是这时不能像单独使用Fluent进行流场计算那样进行分块了。
为了方便说明问题，我将假设使用ABAQUS作为FEM求解器。
由于上图中的流体和结构将在两个弧状的界面上进行耦合，而是将结构FEM网格上下两个弧线上的单元在ABAQUS中定义为两个不同的Set，请参考图二。
（当然由于这个耦合面的几何本身很简单，实际计算时没有必要做成几个Set，真正计算时设置为一个Set 就够了。
然而像在处理计算飞机整机蒙皮在气动力作用下的响应的流固耦合问题时，就应当把(结构的)耦合面按照某种方式做成不同的Set以利于后面流场网格的分块。
）MpCCI 要求Fluent网格中与结构FEM模型的某一Set对应的耦合面必需位于同一个分块(partition)里面。
比如，图一里面的(流场里面的)上弧线与结构网格里面的SetA_Element_Face对应，那么它不能属于不同的partition，同理，(流场里面的)下弧线也受到同样的限制。
因此图三的分块方式是错误的，而图四是一种正确的分块方法。
图（二）：结构网格示意图图（三）：错误的流场分块方式图（四）：一种正确的流场分块方式要达到图四的分块效果实际只需在生成流场网格时注意几点就差不多了。
我是使用Gridgen生成的流场网格。
我把整个流场网格按照图五的方式创建了四个不同的block，然后再输出网格时，为四个不同的block设置为四个不同的用户自定义的VB(Volume Boundary )，实际上这与Gambit中的zone设置对应。
fluent流固耦合传热算例
fluent流固耦合传热算例【原创实用版】目录1.Fluent 流固耦合传热简介2.Fluent 软件的应用范围3.流固耦合传热的算例分析4.Fluent 软件在流固耦合传热中的应用技巧5.总结正文一、Fluent 流固耦合传热简介流固耦合传热是一种复杂的热传递过程，涉及到流体和固体之间的相互作用。
在这种过程中，流体与固体之间的热传递机制和热流动特性都需要考虑。
Fluent 是一款强大的计算流体力学（CFD）软件，可以模拟流固耦合传热过程，为研究人员和工程师提供可靠的解决方案。
二、Fluent 软件的应用范围Fluent 软件广泛应用于各种流体动力学问题的仿真和分析中，包括流固耦合传热问题。
它可以模拟多种流体流动和传热模式，如强制对流、自然对流和湍流等。
同时，Fluent 也可以考虑固体的热传导和热膨胀等特性，为研究者提供全面的热传递分析手段。
三、流固耦合传热的算例分析在 Fluent 中，可以通过设置耦合界面和热流边界条件来模拟流固耦合传热问题。
例如，可以考虑一个流体与固体相接触的系统，通过调整流体和固体的热传导系数、对流换热系数等参数，观察不同条件下的热传递特性。
四、Fluent 软件在流固耦合传热中的应用技巧为了获得准确的仿真结果，需要注意以下几点：1.网格划分：在仿真中，需要对流体和固体部分进行适当的网格划分，以确保计算精度。
2.耦合设置：在设置耦合界面时，需要选择正确的耦合方式，如耦合热流或耦合应力等。
3.边界条件：在设置热流边界条件时，需要考虑流体与固体之间的热交换方式，如对流换热或传导换热等。
4.物质属性：需要正确设置流体和固体的物质属性，如比热容、密度和热传导系数等。
五、总结Fluent 软件在流固耦合传热方面的应用具有广泛的实用性，可以模拟各种复杂的热传递过程。
fluent流固耦合案例
fluent流固耦合案例
一个常见的流固耦合案例是风洞实验。
风洞是一个用于模拟飞行器在风场中运动的设备，其中飞行器模型放置在流场中，通过控制风洞内的气流运动来模拟不同飞行状态下的飞行器性能。
在风洞实验中，流体（空气）和固体（飞行器模型）之间存在耦合关系。
流体流动会受到飞行器模型的阻力、升力等力的影响，同时飞行器模型的形状、表面特性也会影响流体的流动状态。
通过调整风洞中的气流速度、飞行器模型的姿态等参数，可以模拟不同飞行状态下的流体流动和飞行器性能，帮助工程师评估飞行器设计的稳定性、升阻比、气动特性等。
在这个案例中，流体和固体之间的流固耦合是通过相互作用来实现的。
流体的速度和压力分布会受到固体表面的细微变化影响，而固体的运动和力学性能则会受到流体的作用力和流动状况的限制。
通过对风洞实验的观测和数据分析，可以获取关于飞行器在不同飞行状态下的气动性能的重要信息，为改进飞行器设计、提高性能和安全性提供参考。
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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。
然后定义流体属性，名称定义为air，类型为Fluid。
这些定义的目的是能够在Fluent软件中识别出这些特征，具体类型和参数都可以在Fluent软件中进行设置和修改。
定义完后点击【Export】，选择【Mesh】，选择路径和文件名称并进行输出。
打开Fluent6.3.26或以上的版本，选择3D求解器，点击【File】→【Read】→【Case】，然后选择Gambit中输出的msh文件，即可将网格文件读入Fluent 软件中。
读入模型后，进行求解参数和条件的设置。
(1)模型缩放：为了便于分析结果数据特征，统一采用国际单位制进行仿真，
点击【Grid】→【Scale】，弹出模型缩放对话框，在单位转换下将原有的m改为mm，模型自动缩小1000倍，然后点击【Scale】，结果如图4所示。
需要说明的是因为网格的生成尺寸是按照mm生成的，所以这里需要将网格尺寸缩放为m。
图4. 模型缩放示意图
(2)网格平滑处理：为了保证网格节点之间的连接和过度关系良好，Fluent 提供了网格smooth功能，可以通过网格节点调整来调整整体网格。
点击【Grid】→【Smooth/Swap】，然后接受默认参数，先后点击【Smooth】和【Swap】，直至出现“Number faces swapped: 0”和“Number faces visited: 0”为止。
(3)网格检查：为了保证计算能顺利进行和保证计算结果的可靠性，需对网格质量进行检查，如果存在负体积网格则计算无法进行。
点击【Grid】→【Check】，观察“minimum volume”是否为负，如果不是负值，则结束检查，如果是负值，需进行重新划分网格直至不出现负体积为止。
(4)定义求解器：点击【Define】→【Models】→【Solver】，弹出求解器对话框，接受默认设置，即压力相依、隐式、3D、稳态、完全分析模型，如图5所示。
图5. 求解器设置示意图
(5)启动能量分析模型：传热分析需启动能量分析模型。
点击【Define】→【Models】→【Energy】，勾选能量准则。
(6)设置分析模型，选择“k-epsilon”模型。
点击【Define】→【Models】→【Viscous】,然后按照图6进行设置。
图6. 求解模型设置
(7)定义材料属性：定义为空气即可。
点击【Define】→【Materials】，接受默认设置，然后点击。
(8)定义边界条件：按照在Gambit中设置的面，定义速度进口边界条件、压力出口边界条件和壁面边界条件。
【Define】→【Boundary Conditions】，分别按照图7所示进行设置。
速度入口
压力出口
壁面
图7. 边界条件设置
(9)求解参数控制：在求解时需设置求解控制参数，点击【Solve】→【Controls】→【Solution】，打开设置窗口，接受默认设置即可。
(10)保存文件：将模型文件进行保存，准备进行计算。
点击【File】→【Write】→【Case】，保存模型。
3 结构模型
采用达索公司的Abaqus软件进行结构的计算。
首先导入图1b所示的管道模型，导入时将模型缩小1000倍，即缩放到m，采用国际单位制进行仿真。
导入模型后需进行材料属性、接触条件、分析步等设置，以及需要划分网格，具体过程和步骤如下：
(1)定义耦合面：由于需要进行流固耦合分析，所以要事先设置好耦合面，才能进行流固耦合的相关设置。
点击【Tools】→【Surface】→【Create】，在屏幕下方选择区域处将“individually”改为“by angle”，并接受默认角度为20°，然后点击模型的内壁面，所有壁面将会被选中，然后点击【Done】即可。
(2)定义材料属性：进入【Property】模块，点击按钮，弹出材料属性对话框，输入材料名称为“Steel”，点击【General】→【Density】，输入密度为6800Kg/m3；点击【Mechanical】→【Elasticity】→【Elastic】，输入杨氏模量为206e9Pa，泊松比为0.3；点击【Mechanical】→【Expansion】，输入扩散系数为1.38e-5；点击【Thermal】→【Conductivity】，定义导热系数为55；点击【Thermal】→【Specific Heat】，输入比热为446。
然后定义个均匀实体截面属性，并将所定义的材料属性赋值给模型。
(3)模型装配：进入【Assembly】模块，将模型进行装配，因为后面的设置都是针对装配体的，所有虽然是单一部件，也要进行装配。
(4)分析步：定义稳态传热分析步，设置总分析时间为20s，增量步为20000步，即步长为0.001。
如图8所示。
图8. 分析步设置示意图
(5)定义接触属性：进入【Interaction】模块，点击，选择“Surface film condition”，点击【Continue】，选择耦合面以外的三个面，设置如图9所示的接触参数。
图9. 接触属性设置示意图
(6)网格划分：设置种子点的单元尺寸为0.025m，划分六面体单元，一共得到23932个单元，如图10所示。
图10. 网格划分示意图
(7)生成计算文件：进入【Job】模块，定义一共job，然后点击Job Manager，
点击【Write Input】，就可以生成计算所需的inp文件。
4 耦合求解
在得到流体求解模型和结构模型后，可通过MpCCI接口进行流固耦合仿真计算。
具体过程和步骤如下：
(1)开启Abaqus、Fluent和MpCCI三个软件的许可服务(如果不是自动开启的话)，然后打开MpCCI软件，配置为Fluent与Abaqus的耦合，并分别读入上文中得到的两个模型文件，如图11所示。
图11. 求解器耦合示意图
(2)设置耦合参数：点击【Next】，进入耦合参数设置界面，将流体的Wall和结构的内壁面设置为耦合面，耦合量为FilmTemp、WallHTCoeff和WallTemp，设置情况如图12所示。
(3)设置求解参数：连续点击两次【Next】，进入求解参数设置界面。
按照图13进行设置。
图12. 耦合参数设置示意图
图13. 求解参数设置示意图
(4)启动求解：从左到右先后点击三个【Start】，即先后启动MpCCI、Fluent 和Abaqus三个程序，出现图14所示界面后在Fluent中对流场进行初始化并开始迭代计算。
图14. 计算准备就绪示意图
5 计算结果
通过进行两个求解器间的数据交换，反复迭代，直至两者之间达到一个稳定的状态后求解收敛，停止计算，计算结果如图15所示。
图15. 耦合壁面能量分布示意图
从图15可以看出，虽然由于两个软件中网格密度不一样，导致了在网格较稀疏的Fluent模型中能量分布较为粗糙，但数值和云图分布上都基本与Abaqus 完全吻合，计算效果较好。
本文对一个大口径弯管及其管中流动的流体之间的换热过程进行了流固耦合模拟，得出了较好的计算结果。
主要介绍了在流体软件Fluent和结构软件Abaqus中如何设置，并如何通过MpCCI将两个软件连接起来进行流固耦合分析的全部详细过程，对相关分析人员具有参考价值。
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