Ansys CFX 流固耦合分析
ansys流固耦合分析与工程实例
第 1 章 流固耦合分析基础近年来，流固耦合分析研究和应用取得了飞速的发展，尤其是 ANSYS Workbench 推广以 来，流固耦合分析变得容易起来，也因此很快在相关工程领域得到广泛应用。
本章是学习 ANSYS 流固耦合分析的入门篇，旨在介绍 ANSYS 流固耦合分析的基本知识，引导初学者由 浅入深地了解流固耦合分析的基本操作和应用。
本章内容包括：ü 流固耦合基础ü ANSYS 流固耦合分析ü ANSYS 流固耦合分析的基本步骤1.1 流固耦合基础下面简单介绍什么是流固耦合作用、流固耦合分析，流固耦合的重要性，以及流固耦合分 析用到的控制方程。
1.1.1 认识流固耦合分析的重要性随着计算科学以及数值分析方法的不断发展， 流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction ）研究从 20 世纪 80年代以来，受到了世界学术界和工业界的广泛 关注。
流固耦合问题是流体力学（Computational Fluid Dynamics ，CFD ）与固体力学 （Computational Solid Mechanics ，CSM ）交叉而生成的一门力学分支，同时也是多学科或多 物理场研究的一个重要分支， 它是研究可变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流 场影响这二者相互作用的一门科学。
流固耦合问题可以理解为既涉及固体求解又涉及流体求解， 而两者又都不能被忽略的模拟 问题。
因为同时考虑流体和结构特性，流固耦合可以有效节约分析时间和成本，同时保证结果 更接近于物理现象本身的规律。
所以， 近年来流固耦合分析在工程设计特别是虚拟设计和仿真 中的应用越来越广泛和深入。
1流固耦合分析基础ANSYS 流固耦合分析与工程实例2 图 11 显示了流固耦合分析在产品虚拟设计中的层次以及与各学科之间的相互联系。
ANSYS流固耦合分析成功的条件
ANSYS流固耦合分析成功的条件1.首先在建模和条件设置方面要按照这样的设置顺序：(1)选取流体单元，（打开keyopt（4）选项）,建立流体模型，注意此处挖去固体所占的空间，然后分区划分流体场网格（好像在ls_dyna里面不要挖去固体所占空间），注意靠近挖去空间的部分网格应该细小些，还有若要采用remesh在计算中重划网格，一定要使用三角形单元（所有流体场）(2)流体场模型建立完成后，首先要在流固耦合的边界上施加流体耦合标签FSI，然后在在流体场区域施加必要的边界条件，诸如位移约束，速度、压力等等。
然后设置求解流体场的时间步长、求解时间、流体属性,打开ALE选项（瞬态分析）网格重画属性等等(3)这样的工作完成后，进入/prep7，加入固体单元，设置固体材料属性，在挖去的部分建立固体模型，划分固体网格，在固体网格与流体场接触的固体边界上施加流体耦合标签FSI，注意要和前面的number相同。
(4)为固体实际必要的约束条件（看是固体推动流体还是流体推动固体）(5)设置固体求解的时间步长和求解结束时间(6)设置流固耦合属性，（看是固体推动流体还是流体推动固体），求解时间步长和求解时间，收敛准则，迭代次数等等。
(7)保存求解。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－总之，在流固耦合分析中，你最好要按着先流体后固体再耦合的属性设置顺序，流固耦合标签FSI要分别加在流固耦合边界的流体边界上和固体边界上，加在的顺序要按照上面所述。
在实际的建模中，流固耦合的边界上由于建模的原因会出现节点的重合现象，注意一定不要使用捏合节点的命令来将重合的节点变成一个，这个很重要。
固体单元一定要设置求解的时间步长和求解中止时间，时间步长一般和求解流体场和流固耦合的时间步长相等。
ALE＋remesh选项是解决瞬态流固耦合问题的一个很重要的方法，流固耦合一般要伴随着流体的形状改变和位置的移动，因此首先启动ALE选项使流体与固体的耦合边界保持一致并规则化流场内部由于挤压而畸变的网格，其次若网格畸变的过于严重，就要启动remesh选项重新划分网格单元。
ANSYS-CFX单向流固耦合分析的方法
ANSYS-CFX单向流固耦合分析的方法
刘志远;郑源;张文佳;司佳钧
【期刊名称】《水利水电工程设计》
【年(卷),期】2009(028)002
【摘要】在用Ansys软件对风轮进行结构静力分析的过程中,无法从流体计算软件FLUENT中直接获取叶片在流场中所受的压力,即风施加在叶片上的瞬态压强值.此类问题的研究属于流固耦合的范畴,也是目前流、固体力学研究领域比较前沿的课题.通过研究ANSYS-CFX组合软件,发现了分析单向流固耦合问题的方法,从而在3D软件Ansys Workbench中实现了对风轮受力变形更合理、更精确的数值模拟.【总页数】3页(P29-31)
【作者】刘志远;郑源;张文佳;司佳钧
【作者单位】河海大学水利水电工程学院,江苏南京,213022;河海大学水利水电工程学院,江苏南京,213022;河海大学水利水电工程学院,江苏南京,213022;河海大学水利水电工程学院,江苏南京,213022
【正文语种】中文
【中图分类】TV734.1
【相关文献】
1.基于Ansys-CFX的混流式水轮机转轮双向流固耦合数值模拟方法 [J], 方兵;金连根;张仁贡;胡杰;单澜;毛建生
2.双辐板涡轮盘盘腔单向流固耦合分析 [J], 韩玉琪;贾志刚;刘红;朱大明
3.半开式离心压缩机叶轮叶片单向流固耦合分析 [J], 吴海燕;张朝磊;黄淑娟
4.风力机叶片单向流固耦合分析 [J], 成诚;程筱胜;戴宁
5.混流式水轮机上冠空腔结构内部流场及单向流固耦合分析 [J], 梁武科;黄汉维;吴子娟;董玮;严欣;刘云琦
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
ansys流固耦合案例
ansys流固耦合案例1. Ansys流固耦合案例：热沉设计热沉是一种用于散热的设备，通常用于电子设备中，以降低温度并保护设备不受过热损坏。
在设计热沉时，流体流动和热传导是两个重要的物理过程。
Ansys流固耦合可以帮助工程师模拟和优化热沉的设计。
在这个案例中，我们考虑了一个由铝合金制成的热沉。
热沉的底部与电子设备紧密接触，通过流体流动和热传导来吸收和传递热量。
通过使用Ansys的流固耦合模块，我们可以解决以下问题：1) 流体流动模拟：我们可以使用Ansys Fluent模块模拟流体在热沉内部的流动情况。
通过设定合适的边界条件和材料属性，我们可以计算出流体的速度场和压力场。
2) 热传导模拟：我们可以使用Ansys Mechanical模块模拟热沉内部的热传导过程。
通过设定热源和材料属性，我们可以计算出热沉内部的温度分布。
3) 流固耦合模拟：在流体流动和热传导模拟的基础上，我们可以使用Ansys的流固耦合模块将二者结合起来。
通过设定合适的耦合条件，我们可以模拟出流体对热沉的冷却效果，并计算出热沉的最终温度分布。
通过这个案例，我们可以优化热沉的设计，以达到更好的散热效果。
我们可以调整热沉的几何形状、材料属性和流体流动条件，以最大程度地提高散热效率，并确保电子设备的正常运行。
2. Ansys流固耦合案例：风力发电机叶片设计风力发电机叶片是将风能转化为机械能的关键部件。
在设计风力发电机叶片时，流体力学和结构力学是两个重要的物理过程。
Ansys 流固耦合可以帮助工程师模拟和优化叶片的设计。
在这个案例中，我们考虑了一个三叶式风力发电机叶片。
叶片由复合材料制成，通过受风力作用，将机械能传递给发电机。
通过使用Ansys的流固耦合模块，我们可以解决以下问题：1) 风场模拟：我们可以使用Ansys Fluent模块模拟风力对叶片的作用。
通过设定合适的边界条件和材料属性，我们可以计算出风场的速度场和压力场。
2) 结构分析：我们可以使用Ansys Mechanical模块模拟叶片的结构响应。
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。
ansys流固耦合案例
ansys流固耦合案例流固耦合是指流体和固体之间相互作用的一种现象，也是工程实际中经常遇到的一种情况。
在ANSYS软件中，可以通过流固耦合分析来模拟和研究这种相互作用。
下面列举了10个符合要求的ANSYS 流固耦合案例。
1. 水流对桥梁的冲击分析：通过ANSYS流固耦合分析，研究水流对桥梁结构的冲击力和应力分布情况，以评估桥梁的稳定性。
2. 水下管道的流固耦合分析：通过ANSYS软件中的流固耦合模块，模拟水下管道在水流作用下的应力和变形情况，以确定管道的安全性能。
3. 水泵的流固耦合分析：利用ANSYS软件中的流固耦合模块，模拟水泵在工作状态下的流体流动和叶轮的应力分布，以优化水泵的设计。
4. 风力发电机叶片的流固耦合分析：通过ANSYS流固耦合分析，研究风力发电机叶片在风力作用下的变形和应力分布情况，以提高叶片的性能和可靠性。
5. 汽车底盘的流固耦合分析：利用ANSYS软件中的流固耦合模块，模拟汽车底盘在行驶过程中的气动力和振动响应，以改善车辆的稳定性和乘坐舒适性。
6. 船舶结构的流固耦合分析：通过ANSYS流固耦合分析，研究船舶结构在船体运动和海洋波浪作用下的应力和变形情况，以提高船舶的稳定性和安全性。
7. 石油钻井过程中的流固耦合分析：利用ANSYS软件中的流固耦合模块，模拟石油钻井过程中的井筒流体流动和井壁的应力分布，以优化钻井工艺和提高钻井效率。
8. 液压缸的流固耦合分析：通过ANSYS流固耦合分析，研究液压缸在工作过程中的液体流动和缸体的应力分布情况，以提高液压缸的性能和可靠性。
9. 燃烧室的流固耦合分析：利用ANSYS软件中的流固耦合模块，模拟燃烧室内燃烧过程中的流体流动和壁面的热应力分布，以改善燃烧室的燃烧效率和寿命。
10. 水轮机的流固耦合分析：通过ANSYS流固耦合分析，研究水轮机叶片在水流作用下的变形和应力分布情况，以提高水轮机的转换效率和可靠性。
以上是符合要求的10个ANSYS流固耦合分析案例，这些案例涵盖了不同领域和不同类型的流固耦合问题，可以帮助工程师和设计师更好地理解和解决实际工程中的流固耦合问题。
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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FSIN_1
建立hm在文件需要添加一个命令，.CDB所以导出的，何操作就能直接计算出结果）．
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。
到工作区fluid flow(CFX)，拖动workbench启
动．
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。
再新建一个流体，取名fluid。
设置domain
添加边界条件
取名为interface设置流固耦合界面，对应为abc。
这就是流固耦合界面的设置过程。
同理，建立sym1
Sym2
这个选项默认为no slip 的 wall，最普通的那种，不必特殊设置
初始化：
求解控制
输出控制：
Output variables list
看清楚字母，别搞错
了！．
Monitor板最上面的一个角点，也是ansys中计算关心的点
如这个十字号
保存以上设置即可。
启动计算器。solution，双击workbench返回
到．
不用更改设置，直接计算即可。
以上过程小心仔细，一般不会出现错误的。
至此，几分钟后即可计算完成。
先看收敛曲线
再看monitor点
曲线跟单独的板的振动十分相似，说明计算是正确的。
后处理：
，启动后处理。results，双击workbench再次返回
先查看板的应力
是对的
以前我用CFX11做过同样的例子，所以以下提供CFX11中的结果，与cfx12类似。
可用 。查看速度矢量
从以上结果来看，分析是完全正确的！
动画制作略。
关于后处理，大家可以自己参考官方帮助做一下。．