adina热-流-固耦合建模过程

基于adina热-流-固耦合建模过程

热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。由于研究对象的不同，热流固耦合模型的形式存在差异，建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难，文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上，通过一个例子，介绍了用adina建立模型的过程。

1三场耦合理论模式介绍

在三场耦合尤其是三场耦合机制的研究过程中，人们根据各自对三场耦合的认识提出了不同的三场耦合作用模式。1995年前有关三场耦合作用模式的研究在场与场之间的联系关系上主要是以速度等变量为桥梁，如HART、Jing提出的作用模式，其中Jing主要描述的核储存库三场耦合模式，后来作用模式发展为主体为物理现象，它们之间的相互联系是以场作用或物理作用为桥梁的，如Guvanasen、柴军瑞的作用模式，前者同样以核废料储库库围岩三场耦合作用研究为主，后者为一般模式。

Jing等描述了核废料贮库围岩裂隙岩体中的热-液-力耦合过程，如图1所示。H art等提出了如图2所示的三场耦合作用模式。柴军瑞从岩体渗流-应力-温度三者两两之间的相互关系出发，建立了如图3的作用模式。图中：口渗透水流对岩体固相的力学作用，一般应用有效应力原理来反映;a’为应力引起裂隙岩体空隙率和渗透特性变化，目前有经验关系式(如Lours负指数关系式)和理论关系式(包括各种概化情况下和各种概化模型下的理论关系式)两大类表示方法;b为温度引起热应变(力)及与温度有关的岩体固相力学特性变化;b’为岩体固相力学变形引起热力学特性变化及

岩体固相内部热耗散;c为水流的热对流及与岩体固相的热交换;c’为温度势梯度引起水份运动及与温度有关的水特性变化。

图1裂隙岩体中的热液力耦合过程(据Jing等。1995年)

图2三场耦合模式(Hart)

图3渗流-应力-温度之间的相互关系图

2热流固耦合理论的提出

三场耦合理论是由流-固两场耦合理论发展而来的，在流-固耦合理论中，有的

假设温度场是恒定的，或者是不考虑温度场的变化与流体流动、岩石变形间的耦合作用。但是，自然界中实际存在的流.固耦合系统的温度场一般都是变化的，尤其是大量存在着一些温度变化比较剧烈的流固耦合系统，比如地热利用系统、工程中的地下核废料储存处理系统、非等温煤层瓦斯渗流系统等，石油工业中的热力采油系统、高压注水采油系统等。对于这一类问题，若用流固耦合模型来模拟其中的渗流、变形、变温规律就不准确了，而应该考虑热流圃耦合模型。

所谓热-流-固耦合，是指在由流体、固体和变化温度场组成的系统中三者之问

的相互影响，相互作用含物理作用和化学作用，热-流-固耦合问题是渗流、应力、

温度三场同时存在时的基本问题。热-流-固耦合问题不仅仅是在流固耦合问题上附

加一个体现温度变化的条件，而是将体现流体流动、固体变形、温度场变化的量如流体压力、固相质点位移、绝对温度同时视为基本变量，基本变量处于平等地位。在热-流-固耦合问题中，热效应与流体孔隙压力导致岩石变形岩石变形与流体渗流

导致温度场变化岩石变形与热效应导致渗透特性和孔隙流体压力的改变从而影响

流体渗流，以上3种效应是同时发生的。

3建模过程

如图4所示的由刚性壁面和柔性半球形穹顶围成的封闭空间，封闭空间内是空气，穹顶附近的空气受热引起自然对流。空气参数：，，，，k=0.025W，m-℃，，，，

V=O.33，，t=O.000 5 m，radius=0.025 m，k=204W/m-℃，

。

图4模型物理条件

3.1模型的建立

几何模型采用ADINA—CFD建模方式如图5所示，取穹顶的1/4进行分析，采用对称边界条件：面1，2，5，6无滑动，7在y方向不流动，3在x方向不流动，l是0温度面，面4上加受热条件。

图5模型基本条件

3.2定义FSI和shell-thermal边界条件并调整网格图形变为

生成ADINA.CFD数据文件，保存ADINA.IN数据库。

3.3建立ADINA模型

黑色部分为FSI边界线

3.4运行ADINA-FsI，并显示后处理

显示速度，并旋转模型得到：

从上图中可以看出，穹顶壳附近的流体上升，零温度边界处的流体下降(由于自由网格的划分和平台有关，结果可能稍有不同)。

4结语

近些年来，由于其应用范围不断扩大，有关热-流-固耦合的研究已经取得了很多重要进展，主要应用有：①核废料地下贮存库的安全评估，②盐碱介质中盐水和气体的非等温渗流，③地热开发，特别是热干岩石中地热的开发，④深层油藏开发和热采，⑤土壤中非等温渗流，如地下贮存库中粘土缓冲区中耦合过程，冻土带路基中的耦合过程等。

有关热-流-固耦合问题，近年逐渐成为研究的热点之一，在工程中有很大的应用价值，尤其在石油开采领域的作用更为突出。

流固耦合应用研究进展

文章编号:1671-3559(2004)02-0123-04 收稿日期:2003-12-03 基金项目:山东省科学技术发展计划资助项目(012050107);山 东省自然科学基金资助项目(Y 2002F19) 作者简介:郭术义(1971-),男,山东济南人,山东大学机械工 程学院博士研究生。 流固耦合应用研究进展 郭术义,陈举华 (山东大学机械工程学院,山东济南250061) 摘　要:流固耦合力学是一门新兴学科。本文简要介绍了该学科的典型应用进展情况,总结了各种研究中的典型方程、数值解法,展望了进一步发展的趋势。关键词:流固耦合;数值模拟;展望中图分类号:O35112;O34717 文献标识码:A 流固耦合力学是一门比较新的力学边缘分支, 是流体力学与固体力学二者相互交叉而生成的。它的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用:固体在流体动载荷作用下产生变形或运动,而固体的变形或运动又反过来影响到流场,从而改变流体载荷的分布和大小。总体上,流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。本文就流固耦合问题的两大分类中三种基本情况进行了讨论。 1　流固耦合典型应用 流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。如液体晃动对火箭飞行稳定性的影响,大型贮液管在地震激励作用下产生的流固耦合作用,液体湍振对输液管道的影响。本文就如下三个大方面进行了总结。1.1　输流管道流固耦合 流体引起输流管道振动的研究最初来源于横跨 阿拉伯输油管道振动的分析[1]。管道在众多的工业领域中应用十分广泛,作用极其重要。但是,在管道 内流体流动状态的微弱变化往往引起在工作过程中的湍振现象,诱发流体、管道之间的耦合振动,动力学行为相当复杂。这使得人们很早就开始了这方面的研究,Paidoussis M P [2]是其中最具有代表性的。输流管道的振动问题之所以能引起学者的兴趣,除因为该问题的广泛工业背景和现实意义之外,还因为输流管道虽然是最简单的流固耦合系统,但它却涉及了流固耦合的大多数问题,并且它的物理模型简单,系统比较容易实现,因而便于理论与试验的相互协同。 考虑因素侧重面的不同,输液管道非线性运动方程有几种类型[3-5],它们之间有一定的差别。它们的基本假设都是:流体无粘且不可压;管道作为梁模型来处理;管道只是在平面内振动。尽管输流管道的非线性动力问题受到50多年极为广泛的研究,但至今尚没有一个公认的模型。文[6]建立的4个独立变量(轴向位移、横向位移、流速和压力)的全耦合模型(耦合形式包含摩擦耦合、P oiss on 耦合、结合部耦合以及管道轴向和横向运动的耦合)在众多的非线性分析模型中是一个较为完整的模型。 m ¨u +m f [ υf (1+u ′)+2υf u ′+υ2 f u ″+ ωυ′f ]+ P (υf + u )/c 2F -[(1-2υ)P (1+u ′)]′+4f ρf ρ′?υ2f /DK -gm f (1-2υ)(1+u ′)ω′-EI (7ω″ω +ω′ ω )-E A p (2u ″+6u ′u ″+2ω′ω″ )/2=0(1)m ¨ω+m f [ υf (1+ω′)+2υf ω′+υ2f u ″+ω″υ2 f ]+ P (υf + ω)/c 2F -[(1-2υ)P ω′]′-gm +EI ω″″-EI (u ′ω′+6u ″ω +4u ′ω ′)-E A p (u ″ω′+u ′ω″ )=0(2) P /c 2F +m f [(1-2υ)( u +υf )u ″- u ′+υ′f ]-m f (1-2υ)( u ′+u ′ u ′+ω′ ω′ )=0(3)P ′+m f (¨u + υf )+m f ¨ωω′+gm f ω′+Df ρf υ2 f /2=0 (4)随着对输流管道问题研究的深入,各种不同的 分析计算方法也相继被提出。其中有限元法(FE M ) 第18卷第2期2004年6月 济南大学学报(自然科学版) JOURNA L OF J I NAN UNI VERSITY (Sci.&T ech 1) V ol.18　N o.2 Jun.2004

ANSYS流固耦合计算实例

ANSYS流固耦合计算实例 Oscillating Plate with Two-Way Fluid-Structure Interaction Introduction This tutorial includes: , Features , Overview of the Problem to Solve , Setting up the Solid Physics in Simulation (ANSYS Workbench) , Setting up the Fluid Physics and ANSYS Multi-field Settings in ANSYS CFX-Pre , Obtaining a Solution using ANSYS CFX-Solver Manager , Viewing Results in ANSYS CFX-Post If this is the first tutorial you are working with, it is important to review the following topics before beginning: , Setting the Working Directory , Changing the Display Colors Unless you plan on running a session file, you should copy the sample files used in this tutorial from the installation folder for your software (/examples/) to your working directory. This prevents you from overwriting source files provided with your installation. If you plan to use a session file, please refer to Playing a Session File. Sample files referenced by this tutorial include:

ADINA常见问题解答

ADINA常见问题解答 一般问题 Q：怎样改进ADINA-AUI 中实体的显示效果？ A：在某些情况下，ADINA-AUI 显示的实体在边界上不光滑，这仅仅是显示的问题，并不影响几何尺寸的精确度。为了改进显示的效果， 1 点击Modify Mesh Plot 。 2 点击Line Depiction 。 3 将ADINA-M Chord Angle 由默认的0.4改为0.1 并且点击OK。 4 点击Surface Depiction 。 5将ADINA-M Chord Angle 由默认的0.4改为0.1 并且点击OK。 6 点击OK，关闭Modify Mesh Plot 对话框。 Q：为什么AUI 的图形功能在我的计算机上不能正常的工作？ A：有些计算机的显卡在Open GL 图形系统中不能正常的工作。请切换到Windows GDI 图形系统，在Edit 菜单中，点击Graphics System ，然后选择Windows GDI 图形系统。 Q：当我从ADINA-AUI 打印文件时，为什么打印不出来任何结果？ A：注意只有Windows 版本才会发生这样的问题。 当使用Open GL 图形方式时，有的打印机会出现上述问题。为解决该问题，当打印的时候，选择Windows GDI 图形方式。从菜单Edit > Graphics System…中选择Windows GDI 作为图形系统，然后开始打印。注意打印结束后，可以将图形系统切换回Open GL 以便获得更快的图形效果。 Q：为什么安装了浮动License(Floating Industry或者Floating Educational)后，Adina无法启动？ A：如果安装过程正确，而且电脑上的防火墙不阻止Adina读取服务器上的License，那么这样的问题一般是由于计算机使用了中文名。不论是Adina的服务器还是Adina客户端，都不允许使用中文计算机名。 Q：如何将壳单元厚度显示出来？ A：在Display-->Geometry/Mesh Plot-->Modify打开的窗口中点击Element Depiction，在新打开的窗口中的Shell Element Attributes域中选择Top/Bottom（默认是Mid-Surface）。 有关界面启动 Q：怎样在Windows 版本中以批处理的方式运行ADINA？ A：在Windows 版本中，ADINA 常常是在交互方式下运行。然而，有时为了连续进行几项作业，则必须在批处理方式下运行。 以批处理方式运行ADINA－AUI 的命令为： ...\aui.exe -b -m [b|w] .[in|plo] 这里…\ 是指aui.exe 的全路径名。 值可以用bytes(b) 或者 words(w) 来定义。1 word = 4 bytes 。 例如，在批处理方式下运行prob02.in 文件，并且分配20Mb 内存(假设aui.exe 安装在c:\adina\bin) ，命令行就是： c:\adina\bin\aui.exe -b -m 20mb prob02.in 注意在定义 值时，m 可以是m(Mega)、k(Kilo)、g(Giga) 。 选项-b的含义是用adina-aui读一遍命令流，但是不打开adina-aui（如果命令流中有生成dat文件的命令行，则会自动生成一个dat文件。）。如果不用-b选项，会看到打开adina-aui，并且打开模型。批处理方式下运行ADINA 求解器的命令行是： ...\.exe -b -s -m [b|w] -M [b|w] -t <#cpu> .dat 这里.exe 是adina、adinaf、adinat、adfsi或者adtmc ，…\ 是指.exe 的全路径名。 是分配给sparse solver 内存值，<#cpu> 定义了cpu 的数目。 例如，在批处理方式下运行prob02.dat 文件，分配10Mw 的内存给ADINA求解器，分配100Mw 的内存给sparse solver ，使用2个cpu ，命令行如下所示(假设adina.exe 安装在c:\adina\bin )： c:\adina\bin\adina.exe -b -s -m 10mw -M 100mw -t 2 prob02.dat 选项-b和-s是为了保证求解完成后自动关掉求解器窗口。 以下是当ADINA安装在c:\adina目录下时，顺序求解两个模型（prob02.in和prob03.in）的批处理文

ansys workbench 流固耦合计算实例

Oscillating Plate with Two-Way Fluid-Structure Interaction Introduction This tutorial includes: ?Features ?Overview of the Problem to Solve ?Setting up the Solid Physics in Simulation (ANSYS Workbench) ?Setting up the Fluid Physics and ANSYS Multi-field Settings in ANSYS CFX-Pre ?Obtaining a Solution using ANSYS CFX-Solver Manager ?Viewing Results in ANSYS CFX-Post If this is the first tutorial you are working with, it is important to review the following topics before beginning: ?Setting the Working Directory ?Changing the Display Colors Unless you plan on running a session file, you should copy the sample files used in this tutorial from the installation folder for your software (/examples/) to your working directory. This prevents you from overwriting source files provided with your installation. If you plan to use a session file, please refer to Playing a Session File. Sample files referenced by this tutorial include: ?OscillatingPlate.pre ?OscillatingPlate.agdb ?OscillatingPlate.gtm ?OscillatingPlate.inp 1.Features This tutorial addresses the following features of ANSYS CFX.

流固耦合概述及应用研究进展

流固耦合概述及应用研究进展 摘要 流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支。顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid．solid interaction)：变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。总体上 , 流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上 ,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起 ,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。 1 流固耦合概述 1．1引言 历史上，人们对流固耦合现象的早期认识源于飞机工程中的气动弹性问题。Wright兄弟和其它航空先驱者都曾遇到过气动弹性问题。直到1939年二战前夕，由于飞机工业的迅猛发展，大量出现的飞机气动弹性问题的需要，有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。从而，气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支。如果将与飞机颤振密切相关的气动弹性研究作为流固耦合的第一次高潮的话，则与风激振动及化工容器密切相关的研究可作为流固耦合研究的第二次高潮。 事实上，从美国ASME应用力学部召开的历次流固耦合研讨会上可以看出，流固耦合问题涉及到很多方面。比如：空中爆炸及响应，噪声相互作用问题，气动弹性，水弹性问题，充液结构内的爆炸分析，管道中的水锤效应，充液容器的晃动及毛细流中血细胞的变形，沉浸结构的瞬态运动，流固相互冲击，板的颤振及流体引起的振动，圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统，声音与结构的相互作用，涡流与结构的相互作用，机械工程中的机械气动弹性问题等等。 1.2流固耦合力学定义和特点 流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的--I'l力学分支。顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用（fluid-solid interaction)．变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。流固耦合问题可由其耦合方程来定义，这组方程的定义域同时有流体域与固体域，而未知变量含有描述流体现象的变量及描述固体现象的变量，一般而言，具有以下两点特征： a)流体域或固体域均不可能单独地求解； b)无法显式地消去描述流体运动的独立变量或描述固体运动的独立变量。 1．3流固耦合力学涉及领域及分类 流固耦合问题涉及到很多方面。比如：工程实际中所涉及到的流固耦合问题，

geostudio的一些常见问题总结

1、SEEP/W2007如何定义土水特征曲线？ 地表陆地很大一部分是处于干旱或半干旱地带，因此，工程实践中遇到的土大多是非饱和土，由于非饱和土中存在负的孔隙水压力，因而产生独特的土力学问题。在SEEP/W2007分析软件中可以定义负孔隙水压力，以分析非饱和土问题。实现这一点仅需定义土体的两个函数：渗透系数函数（渗透系数随基质吸力变化曲线）与体积含水量函数（土水特征曲线）。如果要分析稳态问题，只须定义渗透系数函数，如果分析瞬态问题，则土体中的孔隙水压力随时间变化，就需要定义体积含水量函数。 2、有限元与极限平衡法结合使用其基本内核? 1）通过有限元（Sigma/W或）计算各单元或节点处应力（应力线性分布）； 2）边坡（Slope/W）条块划分，以条块底端中点为对象，计算该点的σx、σy、τxy； 3）确定条块底端的倾角а； 4）采用Mohr圆确定条块底的法向和切向应力； 5）由计算的法向应力得出可能的剪切强度； 6）将条块基底的应力转为力； 7）重复以上的步骤，直到Slice n。 由（Kulhawy 1969；Naylor，1982）确定安全系数。 3、由于系统时间导致的Licenses问题由于误设系统时间（比正确的时间推后了十天）当时并不知道，在误设时间之后使用了GeoStudio系列软件，之后更正了系统时间，GeoStudio软件打开文件或者新建文件时就会弹出对话框，提示系统时间被后置，不能运行软件，怎样解决这个问题。 GeoStudio系列软件的Licenses与系统时间是关联的，出现问题后，把系统时间按照错误的设置继续，软件是可以使用的，但这样会带来其它的不便。想要在正确的时间下使用软件，可以将软件卸载后重装，问题就可以解决。 4、SLOPE/W中孔隙水压力是如何被考虑的？ 在SLOPE/W中水压力的定义有多种方法：定义水位线；孔压比Ru系数；B-bar 系数；水位线结合Ru系数或B-bar系数；离散点孔隙水压力；负孔隙水压力；有限元计算的压力（SEEP/W,QUAKE/W,eg.） 需要注意的是：SLOPE/W/W中要考虑孔隙水压力时，孔隙水压力只有在单个土条底部剪切强度的计算中才起作用，孔隙水压力不参与土条间的强度计算。 5、SLOPE/W中土的重度 SLOPE/W在水位线以上允许有独立的单位重度，但这个参数很少用到。 比如，我们假设G = 2.7, 水的重度=10 kN/m3, and e = 0.7. 在水位线以下土体为饱和（S=1）,土体重度为20kN/m3. 在水位线以上土体为非饱和，饱和度为80%，( S = 0.8) 则水位线以上土体重度为19.2 kN/m3,二者之间大概有4％的差距。从稳定性分析来说，土体重度4％的差距是可以忽略的。首先，在毛细区饱和土体和非饱和土体重度基本上是一致的；其次，安全系数对于土体重度很不敏感。尽

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。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。

(完整版)5流固耦合

第五章 轴流泵的流固耦合 5-1 流固耦合概论 流固耦合问题一般分为两类，一类是流‐固单向耦合，一类是流‐固双向耦合。单向耦合 应用于流场对固体作用后，固体变形不大，即流场的边界形貌改变很小，不影响流场分布的， 可以使用流固单向耦合。先计算出流场分布，然后将其中的关键参数作为载荷加载到固体结 构上。典型应用比如小型飞机按刚性体设计的机翼，机翼有明显的应力受载，但是形变很小， 对绕流不产生影响。当固体结构变形比较大，导致流场的边界形貌发生改变后，流场分布会 有明显变化时，单向耦合显然是不合适的，因此需要考虑固体变形对流场的影响，即双向耦 合。比如大型客机的机翼，上下跳动量可以达到5 米，以及一切机翼的气动弹性问题，都是 因为两者相互影响产生的。因此在解决这类问题时，需要进行流固双向耦合计算。下面简单 介绍其理论基础。 连续流体介质运动是由经典力学和动力学控制的，在固定产考坐标系下，它们可以被表 达为质量、动量守恒形式: ()0v t ρρ?+??=? (1) ()B v vv f t ρρτ?+??-=? (2) 式中，ρ为流体密度；v 为速度向量；B f 流体介质的体力向量；τ为应力张量；在旋 转的参考坐标系下，控制方程变为： ()0r v v t ρρ?+??=? （3） (-)+B r r c v v v f f t ρρτ?+??=? （4） 形式和固定坐标系下基本相同，只是速度变成了相对速度，另外就是增加了附加力项 c f 。 固体有限元动力控制方程为： []{}[]{}{}...[]{}M u C u K u F ++= （5） 式中，[]M ，[]C ，[]K 分别是质量矩阵，阻尼矩阵以及刚度矩阵，{}F 为载荷矩阵。 流固耦合遵循最基本的守恒原则，所以在流固耦合交界面处，应满足流体与固体应力、 位移、热流量、温度等变量的相等或守恒，即满足如下四方程： f f s s n n ττ?=? (6) f s d d = (7) f s q q = (8) f s T T = (9) 5-2 单向流固耦合

几个耦合的例子

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 Couplin 2，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 一个流固耦合的例子 length=2 width=3 height=2 /prep7 et,1,63 et,2,30 !选用FLUID30单元，用于流固耦合问题 r,1,0.01 mp,ex,1,2e11 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 mp,dens,2,1000 !定义Acoustics材料来描述流体材料-水 mp,sonc,2,1400 mp,mu,0, ! block,,length,,width,,height esize,0.5 mshkey,1 ! type,1 mat,1 real,1 asel,u,loc,y,width amesh,all alls ! type,2 mat,2 vmesh,all

(完整版)流固耦合教学

1、打开ANSYS Workbench, 拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。 2 2、打开第一个模块当中的Geometry，建立几何模型： （1）在XY Plane内建立Ship Shell 船长：0.4、船宽：0.14、型深0.11 将第一个Solid重命名为Ship Solid 在Concept中选择Surfaces From Faces，选中模型的六个面，然后Apply、Generate。 重命名第二个Ship Solid为Ship Shell 右击Ship Solid, 选择Hide Body，显示Ship Shell, 然后对Ship Shell执行同样操作（即隐去）

（2）在YZ Plane内建立液舱 单击（New Plane），选择YZ plane，，Apply一下 将YZ Plane 向X正方（图中为法向，即Z）向偏移0.02m Generate一下，然后Show body 一下Ship Solid 与Ship Shell 可以看到YZ Plane已平移到Body内了 再将Ship Solid 与Ship Shell 都Hide，选择Plane 4，调为正视，Generate一下 新建一个Sketch：单击，显示，在此Sketch中建立液舱模型草图

单击约束（Constrains），将草图中的“水平线”调整为水平，“垂直线”调整为垂直： 事实上仅用Horizontal（水平）和Vertical（垂直）就OK了。以水平约束为例，先单击Horizontal，再依次单击草图中的水平线段。调整后如下图所示： 定义尺寸： 左下角空缺的部分是预留贴“应变片”的部分，需要单独建模 单击Extrude（拉伸），设置Operation（下拉列表中改选为Add Frozen）与拉伸尺寸（0.1m）： 然后Generate一下

有限元法发展综述

有限元法发展综述 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式往往是不可能的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。 有限元法是一种高效能、常用的计算方法．有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系． 一、有限元法的孕育过程及诞生和发展 大约在300年前，牛顿和莱布尼茨发明了积分法，证明了该运算具有整体对局部的可加性。虽然，积分运算与有限元技术对定义域的划分是不同的，前者进行无限划分而后者进行有限划分，但积分运算为实现有限元技术准备好了一个理论基础。 在牛顿之后约一百年，著名数学家高斯提出了加权余值法及线性代数方程组的解法。这两项成果的前者被用来将微分方程改写为积分表达式，后者被用来求解有限元法所得出的代数方程组。在18世纪，另一位数学家拉格郎日提出泛函分析。泛函分析是将偏微分方程改写为积分表达式的另一途经。 在19世纪末及20世纪初，数学家瑞雷和里兹首先提出可对全定义域运用展开函数来表达其上的未知函数。1915年，数学家伽辽金提出了选择展开函数中形函数的伽辽金法，该方法被广泛地用于有限元。1943年，数学家库朗德第一次提出了可在定义域内分片地使用展开函数来表达其上的未知函数。这实际上就是有限元的做法。 所以，到这时为止，实现有限元技术的第二个理论基础也已确立。 20世纪50年代，飞机设计师们发现无法用传统的力学方法分析飞机的应力、应变等问题。波音公司的一个技术小组，首先将连续体的机翼离散为三角形板块的集合来进行应力分析，经过一番波折后获得前述的两个离散的成功。20世纪

血管流固耦合分析实例

Ansys14 workbench血管流固耦合实例 根据收集的一些资料，进行学习后，试着做了这个ansys14workbench的血管流固耦合模拟，感觉能够耦合上，仅是熟悉流固耦合分析过程，不一定正确，仅供参考，希望大家多讨论。谢谢！ 1、先在proe5中建立血管与血液流体区的模型（两者装配起来），或者直接在workbench中建模。 图1 模型图 2、新建工程。在workbench中toolbox中选custom system，双击FSI: FluidFlow(fluent)->static structure. 图2 计算工程 3、修改engineering data，因为系统缺省材料是钢，需要构建血管材料，如图3所示。先复制steel，而后修改密度1150kg/m3，杨氏模量4.5e8Pa，泊松比0.3，重新命名，最后在主菜单中点击“update project”保存.

图3 修改工程材料 4、模型导入，进入gemetry模块，import外部模型文件。 图4 模型导入图 5、进入FLUENT网格划分。 在workbench工程视图中的Mesh上点击右键，选择Edit…，如图5所示，进入网格划分meshing界面，如图6所示。我们这里需要去掉血管部分，只保留血液几何。

图5 进入网格划分

图6 禁用血管模型 6、设置网格方法。 默认是采用ICEM CFD进行网格划分，设置方式如图7所示，截面圆弧边分为12份，纵截面的边均分为10份，网格结果如图8所示。另外在这个界面中要设置边界的几何面，如inlet、outlet、symmetry 图7 设置网格划分方式 图8 最终出网格

流固耦合文献总结

小论文拟采用DP模型，在应力较高的土体中，比Mohr-coulomb理想弹塑性模型的数值计算结果更精确。设定DP模型需要输入3个特殊参数，粘聚力，内摩擦角，膨胀角，其中的膨胀角是用来控制体积膨胀的大小的。在岩土工程中，一般密实的砂土和超强固结土在发生剪切的时候会出现体积膨胀，因为颗粒重新排列了；而一般的砂土或者正常固结的土体，只会发生剪缩。在使用DP模型的时候，对于一般的土，膨胀角设置为0度比较符合实际。渗流耦合分析拟采用的边界条件是全地基边界，即把要分析的模型所有的区域看成是一个封闭的整体。在计算渗流应力耦合分析时，考虑基坑空间效应，建立三维实体模型，不仅考虑施工降水耦合，也考虑施工间歇变形耦合。最终通过支护结构桩和锚杆的变形以及基坑的变形，得出以下两条结论：（1）采用渗流应力耦合理论计算的基坑工程变形形态符合实际情况，随着基坑开挖深度增加，基坑变形规律也符合实际情况。（2）渗流应力耦合情况下基坑变形与不考虑渗流耦合影响下基坑变形曲线相比，数值较大，可见，分析基坑变形时不考虑渗流耦合影响是偏不安全的，耦合分析对基坑变形的影响不能忽视。 1、基于渗流场-应力场耦合作用下的深基坑降水支护结构的位移研究工程勘察2012 本文采用大型通用岩土工程有限元软件PLAXIS对复合土钉支护进行分析,模型采用平面应变模型,土体采用Mohr-coulomb理想弹塑性模型且具有对称性，故取一半对其分析，模型底部为固定约束，侧面只限制水平位移，上表面为自由边界。 本工程的数值模拟主要为比较在有降水作用下和未考虑地下水两种情况下的支护结构体系的位移，为此，首先进行了在未考虑地下水条件下的模拟，即不考虑孔隙水压，地下水位线默认为基坑底部。其次依据实际工程的地下水位线-7.24m，进行了数值模拟，以便找到降水作用对支护结构体系位移的影响。 2、考虑流-固耦合效应的基坑水土压力计算工程勘察2011 针对地下水绕过围护墙渗流情况，分析了传统的水土压力分算、合算及考虑土体渗流-固结变形方法计算土压力的区别，并利用实测数据进行对比。 流过耦合分析，PLAXIS程序采用水土分算的方法，通过输入地下水水头执行地下水渗流程序进行计算，利用单元应力点上的压力水头求得孔隙水压力，将围护墙与土体接触界面上的有效压力与孔隙水压力值相加，得到基坑围护墙上总的水土压力分布。 3、考虑流固耦合作用的深基坑有限元分析地下空间与工程学报2012 利用FLAC流固耦合模型对复杂地质条件下深基坑降水开挖过程中深基坑的时间效应进行研究。建立考虑参数变化的弹塑性流固耦合数值模型，分析基坑开挖及降水作用下地表沉降、水压力、基底隆起随时间变化的规律。平面应变模型，土体采用修正的剑桥模型模拟，只是在理论上提出考虑基坑开挖过程中渗透系数随孔隙比变化的现象，未应用在模型模拟中。 4、考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析广东工业大学学报2013 本文运用通用软件MIDAS/GTS考虑渗流应力耦合作用下模拟基坑开挖降水的详细过程，分析了不同阶段渗流情况,同时探讨了止水帷幕、渗透系数与不同降水深度对基坑支护特性的影响，以期为基坑降水和支护结构优化提供理论参考。采用的摩尔库伦土体模型，基坑较小，应力水平较低，平面应变模型，未考虑基坑的空间效应。 5、深基坑工程降水与地面沉降耦合数值模拟研究中国市政工程2012 采用基坑降水与地面沉降耦合模型分析，四周边界取为定水头边界，其中，求解地下水问题简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，建立相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型为 地面沉降模型为 方程的求解条件为： 利用建立的三维渗流沉降模型预测抽水减压期间对水位降深和区域沉降影响。计算结果

ADINA有限元软件简介

目录 1、ADINA的发展历史 (2) 2、ADINA功能 (2) 、前后处理功能 (2) 2.1 ADINA用户界面 用户界面、 2.2 ADINA计算分析功能 (4)

ADINA功能 说明 功能说明 1、ADINA的发展历史 ADINA出现于1975年，在K. J. Bathe博士的带领下，其研究小组共同开发出ADINA有限元分析软件。到84年以前，ADINA是全球最流行的有限元分析程序，一方面由于其强大的功能，被工程界、科学研究、教育等众多用户广泛应用；另外其源代码是Public Domain Code，后来出现的很多知名有限元程序都来源于ADINA的基础代码。 1986年，K. J. Bathe博士在美国马萨诸塞州Watertown成立ADINA R&D公司，开始其商业化发展的历程。实际上，到ADINA84版本时已经具备基本功能框架，ADINA公司成立的目标是使其产品ADINA 这－大型商业有限元求解软件，专注求解结构非线性、流体、流体与结构耦合、热、热机耦合等复杂问题，并力求程序的求解能力、可靠性、求解效率全球领先。 一直以来，ADINA在计算理论和求解问题的广泛性方面处于全球领先的地位，尤其针对结构非线性、流体、流/固耦合、热、热机耦合等复杂工程问题开发出强大功能。经过近20年的商业化开发，ADINA 已经成为近年来发展最快的有限元软件，被广泛应用于各个行业的工程仿真分析，包括汽车、机械制造、电子电器、材料加工、船舶、航空航天、国防军工、铁道、石化、能源、土木建筑等各个领域。 2、ADINA功能 ADINA是一个可以求解多物理场问题的有限元系统，由多个模块组成。包括：前后处理模块（ADINA-AUI）、结构分析模块（ADINA-Structures）、流体分析模块（ADINA-CFD）、热分析模块（ADINA-Thermal）、流固耦合分析模块（ADINA-FSI）、热机耦合分析模块（ADINA-TMC）以及建模模块（ADINA-M）和与其它程序的接口模块（ADINA-Transor）。 2.1 ADINA用户界面 、前后处理功能 用户界面、 ADINA是一个全集成系统，所有分析模块使用统一的前后处理ADINA-AUI，易学易用，友好的交互式图形界面实现所有建模和后处理功能。ADINA-AUI的主要特点包括： 内嵌ADINA-M建模模块，这个模块采用的是Parasolid建模技术。这种Parasolid技术是著名的EDS公司开发的，此技术首先是作为通用大型三维CAD软件UG的内核技术被采用，现在已经广泛的被很多公司的三维CAD产品接受作为自己的内核技术。ADINA采用CAD软件的内核技术作为自己的CAD建模技术有两方面的好处：1、自身建立几何模型的功能强大；2、如果采用

基于Ansys12.0的Workbench血管流固耦合之最详尽小火车之旅

承蒙“水若无痕”版主信任，我把我做过的血管流固耦合以小火车的形式发出来，与大家共同讨论学习。首先概述一下：1：血管建的比较短，这样单元会少些，调试比较方便，但效果可能没官方视频的好看，但原理步骤没错就行 2：原来流体为自己建的Blood，为可压缩流体，我自己试了下，用Water也可以，所以就简化了建新材料这一步 3：我用的是Ansys12.0版本，我建的模型保存成多种格式，欢迎大家下载做着玩玩 01 A：首先打开Ansys Workbench 拖出各个模块，连接关系如下图： 02 B：可双击Engineering Data编辑材料，因为进入Ansys结构部分设置时候要用到血管材料，默认是结构钢，太硬了，所以要自己重新设材料，这点很重要！ 03 C：单击我画的第一个大圈（左列），右击我画的第二个大圈（左列）——Duplicate，复制一个同种材料。在复制的材料后面框里有链接，这个链接是链接到材料库的，右键把链接打断，我是这么做的。如果双击Engineering Data看不到

我图中的界面的话，可以在主菜单中——View——Properties以及接下来的两个选项给选上就可以看见了。改好材料后可以把对新材料重命名，用右键。然后再主菜单上点击update project，材料就可以在材料设置里用了。 04 D：更改密度，杨氏模量，和泊松比。重命名。上一步给出了怎么保存修改结果 05 E：这个是Ansys model部分，这里是不需要用到流体部分的，不需要删掉，只要右键对它Suppress就可以了。单击Pipe，可以在下面设置材料

06 F：对血管加约束，可以把两端完全约束，对称面部分在垂直面内不可运动，也可以所有平面部分都完全约束，这个没关系，都可以计算。 07 G：右键插入流固耦合面，当然就是流体固体接触面了

adina热-流-固耦合建模过程

基于adina热-流-固耦合建模过程 热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。由于研究对象的不同，热流固耦合模型的形式存在差异，建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难，文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上，通过一个例子，介绍了用adina建立模型的过程。 1三场耦合理论模式介绍 在三场耦合尤其是三场耦合机制的研究过程中，人们根据各自对三场耦合的认识提出了不同的三场耦合作用模式。1995年前有关三场耦合作用模式的研究在场与场之间的联系关系上主要是以速度等变量为桥梁，如HART、Jing提出的作用模式，其中Jing主要描述的核储存库三场耦合模式，后来作用模式发展为主体为物理现象，它们之间的相互联系是以场作用或物理作用为桥梁的，如Guvanasen、柴军瑞的作用模式，前者同样以核废料储库库围岩三场耦合作用研究为主，后者为一般模式。 Jing等描述了核废料贮库围岩裂隙岩体中的热-液-力耦合过程，如图1所示。H art等提出了如图2所示的三场耦合作用模式。柴军瑞从岩体渗流-应力-温度三者两两之间的相互关系出发，建立了如图3的作用模式。图中：口渗透水流对岩体固相的力学作用，一般应用有效应力原理来反映;a’为应力引起裂隙岩体空隙率和渗透特性变化，目前有经验关系式(如Lours负指数关系式)和理论关系式(包括各种概化情况下和各种概化模型下的理论关系式)两大类表示方法;b为温度引起热应变(力)及与温度有关的岩体固相力学特性变化;b’为岩体固相力学变形引起热力学特性变化及 岩体固相内部热耗散;c为水流的热对流及与岩体固相的热交换;c’为温度势梯度引起水份运动及与温度有关的水特性变化。 图1裂隙岩体中的热液力耦合过程(据Jing等。1995年)

ADINA结构+流体

ADINA 技术资料技术资料汇总汇总 ADINA 技术资料汇总 (1) 结构方面 (2) 重启动的作用 (2) 约束方程的用处 (2) 接触问题 (2) 接触的一个常见警告信息 (2) 接触问题不收敛的原因 (3) 初始接触穿透的解决 (3) 接触问题中的摩擦系数设置 (3) 摩阻力的计算 (3) 一个系统的阻尼与什么有关 (3) 阻尼 (4) 流体方面 (5) 流体力学无量纲化分析 (5) VOF 方法 (6)

结构方面 重启动的作用 重启动是以第一步计算的结果为初始条件开始第二步的计算。 如果是分步加载，可以使用重启动，但也可以不用重启动，time function 可以直接实现此功能。如用重启动， 第一次加载先计算一次，然后重启动，再计算第二次加载，由于二次加载时第一次的荷载停止作用，因此需要删除此载荷，这样如果分析是非线性，则第一次加载计算的应力应变重启动后将被继承；在线弹性分析中，重启动的求得结果是两次的迭加。 约束方程的用处 个人感觉ADINA 的约束方程很好用，可以施加在节点上，也可能施加在几何体上，这是它的最大方便之处， 其用途很多，本人接触的有以下几种： 通过刚性体（刚度很大）加载，这时往往需要将与刚体接触的面进行约束方程处理。 处理铰链连接方式，如果有铰链存在，我们可以在铰链处建立两个点，而后将这两个点的移动自由度采用 约束方程耦合起来。 均匀扩孔，如圆形管内壁受高压作用时，可以将内壁上的节点的径向自由度采用约束方程进行耦合。 处理不同质量网格的界面连接问题，有时为了处理网格的需要我们人为的将一个体分成几个体并单独划分 网格，但界面上网格不连续，这时也可以采用约束方程来处理。 机构运动及其它运动物体之间的相互关系。 其它 但约束方程也要慎用： 单点与单点之间或单点与面之间的约束处理往往会造成很大的局部应力。 大变形或大位移中应该考虑：变形前的在变形后是否有变化。 接触问题 接触问题属于一种强边界非线性问题。接触的特点是在接触过程中，受接触体变形和接触边界上摩擦作用的影 响，使得部分边界条件随加载过程而变，且不可恢复。 用有限元法对接触问题求解时，一般采用接触单元法，例如在ANSYS 中就采用了很多的类型的接触单元，通 常的接触单元一般是有厚度的接触单元，但是在ADINA 中设置接触是通过设置无厚度的接触单元来实现的。 在两个接触体间施加接触单元，通过接触单元来跟踪接触位置，保证接触协调性，并在接触表面之间传递接触 法向应力和切向的摩擦力。 接触的一个常见接触的一个常见警告信息警告信息 Q ：在做关于接触问题的时候常会碰到诸如此类的警告信息： Contactor node 15176 belongs to different contactor surfaces 4 and 3 in contact group 1 A ：A contactor node should preferably not belong to more than one contact surface in a contact group, otherwise the contactor node may be over-constrained. 这个是ADINA 帮助文件的中的说明。 这种情况通常发生在两个面有相交线，线上有共用的结点，但这两个面分别属于相同接触组里面的不同接触对。 可以将这两个面分别放在不同CG 里面，就可以了。