流固耦合问题的网格更新与信息传递新方法

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。

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

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，

流固热固耦合分析软件

MpCCI 1.3.2 for MPICHNT 1.2.5 1CD 流固热固耦合分析软件MpCCI v3.0.6 WinALL 1CD 流固热固耦合分析软件MpCCI v3.03 Linux64 1CD 流固热固耦合分析软件MpCCI v3.0.6 Documentation 1CD MPI Fusion Meshing Details 1CD Moldflow 系列教程 Moldflow MPI 3.0 培训教程 MoldFlow 4.0 最新培训教材 Moldflow公司出的塑件设计原理 B14 模流分析中文教程（即B14仪表板上本体流动分析） 模流分析基础入门（中文版） HydroAnalysis Inc产品: EnviroInsite.v5.5.0.2 1CD（对地下水进行可视化建模的工具） SCHOUENBERG产品: Calcmaster.v6.1 1CD(最复杂的注塑模型计算工具，可以快速计算出模型造价，建造工时，注模数据) SIMCON产品: Simcon CADMould 3D-F v2.0 1CD（塑料注塑成型模拟软件）

华塑CAE： 华塑注塑成形流动分析系统HsCAE3DRF5.5 smart 1CD(企业版) 华塑塑料注射成型过程仿真集成系统HsCAE3D 6.1 中文帮助 塑料模具设计手册（软件版V1.0） 1CD Accuform产品: Accuform.B-SIM v2.32.WinNT2K 1CD(模拟吹塑成型加工的软件包) Accuform.T-SIM v4.32.WinNT2k 1CD(模拟塑料热成型加工的软件包) ▲★○●。。。▲★○●。。。。▲★○●。。。。▲★○●。。。▲★○● 做软件行业多年，用诚信节约企业成本，本站所有软件亲测，完整无限制 可以联系王小姐 电话早九点到晚六点有人接听 QQ早九点到晚六点在线：394623568 ▲★○●。。。▲★○●。。。。▲★○●。。。。▲★○●。。。▲★○● PACSYS INC.产品: PAFEC-FE.v8.8-ISO 1CD（提供完美的有限元分析设计技术，面向初级、高级技术人员，可用于静态、 动态、非线性、热力学、空气动力学的模型创建） INFRAGISTICS产品: Ultra Grid V2.0 1CD GetSolar产品: GetSolar Billing v9.0 Multilingual 1CD(太阳能热能系统的仿真软件)

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

fluent单项流固耦合

流固耦合（Fluid-solid interaction，FSI）计算，通常用于考虑流体与固体间存在强烈的相互作用时，对流体流场与固体应力应变的考察。FSI计算按数据传递方式可分两类：单向耦合与双向耦合。所谓单向耦合，主要是指数据只从流体计算传递压力到固体，或者只从固体计算传递网格节点位移到流体。双向耦合则在每一时刻都同时向对方发送相应的物理量（流体计算发送压力数据，固体计算发送位移数据）。 ANSYS Workbench中可以利用Fluent与DS进行单向流固耦合计算。我们这里来举一个最简单的单向耦合例子：风吹挡板。我们假定挡板位移可忽略不计，固体变形对流场影响可以忽略，所考虑的是流体压力作用在固体上，固体的应力分布。当然这里的压力可以换成温度等其他物理量。 1、新建工程。注意是从Fluent –> Static Structure。连接图如1所示。 图1 计算工程关 系图2 进入DM建模 2、进入Fluent中的DM进行模型创建，如图2所示。 流固耦合计算中的几何模型与单纯的流体模型或固体模型不同，它要求同时具有流体和固体模型，而且流体计算中只能有流体模型，固体计算中只能有固体模型。建好后的模型如图3，4，5所示。由于固体模型需要从这里导入，所以我们保留固体与流体模型。

图3 实体模型 图4 固体模型

图5 流体模型 3、进入FLUENT网格设置。 在FLUENT工程视图中的Mesh上点击右键，选择Edit…，如图6所示，进入网格划分meshing界面，如图7所示。我们这里需要去掉固体部分，只保留流体几何。 图6 进入网格划 分图7 禁用固体模型

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)

用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析

用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析 作者：郭崇志林长青 利用数值模拟计算软件进行管壳式换热器的流体力学和传热性能计算及评估已经成为开发和研究管壳式换热器的重要手段之一，由于结构和流道复杂，导致准确地进行换热器的流体力学性能和传热性能计算和评估有一定的困难。而对换热器的结构性能进行准确分析一般都需要进行流固耦合模拟，如果要同时进行换热器的流体流动与传热和结构性能分析就更加困难。 有关管壳式换热器的温度场研究，目前大多数文献集中于研究管板的温度场及所产生温差应力、以及由此导致的结构强度等问题，通常利用ANSYS 大型商用软件行管壳式换热器管板结构的温度场研究，采用简化的三维实体模型较多，一般利用已知的平均温度或利用已知的换热（膜）系数对几何结构模型加载，而这些已知条件通常来源于手册提供的数据或者经验数据，并非来源于严格的换热器流体力学与传热工艺的数值计算，因此是产生结果计算偏差的主要原因之一。 目前文献对于给定工艺条件下管壳式换热器的整体温度场研究的并不多，由于准确的温度场是研究温差应力及其危害的前提，因此本文利用FLUENT 和ANSYS 软件对一台固定管板换热器的约束构件之间的整体结构在正常运行工况下的数值模拟问题进行了研究，首先从计算流体力学与传热的角度出发，利用FLUENT软件进行换热器流体流动与传热的工艺状况数值模拟。然后把FLUENT 软件的数值模拟结果导入ANSYS中作节点插值，完成温度场的重建，作为进行换热器的热分析以及结构分析的边界条件。从而实现了管壳式换热器的FLUENT 和ANSYS 联合仿真模拟，综合整个过程可以很好地完成同一条件下换热器的流体力学与传热和结构性能分析，使得换热器的工艺性能计算与结构分析计算完整地结合在一起，计算精度更高。 1 CFD数值模拟 本文研究的换热器结构示意如图1所示，在对实际结构进行合理简化的基础上，以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型，采用分段模拟、整体综合的方法，利用FLUENT软件对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行数值模拟[8] ，得到计算流道上有关各个构件的壁温场分布。

(整理)FLUENT14双向流固耦合案例.

说明：本例只应用于FLUENT14.0以上版本。 ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling，目前只能用于fluent与ansys mechanical的双向流固耦合计算。官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。 模块及数据传递方式如下图所示。 一、几何准备 流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。在geometry模块中同时创建流体模型与固体模型。到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁用处理。 模型中的尺寸：v1:32mm，h2:120mm，h5:60mm，h3:3mm，v4:15mm。

由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice切割。这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。 二、流体部分设置 1、网格划分 双击B3单元格，进入meshing模块进行网格划分。禁用固体部分几何。设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。这里设定全局尺寸为1mm。划分网格后如下图所示。 2、进行边界命名，以方便在fluent中进行边界条件设置 设置左侧面为速度进口velocity inlet，右侧面为自由出流outflow，上侧面为壁面边界wall_top，正对的两侧面为壁面边界wall_side1与wall_side2（这两个边界在动网格设定中为变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为system coupling类型）。 操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单create named selection，然后输入相应的边界名称。注意：FLUENT会自动检测输入的名称以使用对应的边界类型，当然用户也可以在fluent进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。

fluent流固耦合传热设置问题

f l u e n t流固耦合传热设置 问题 Prepared on 21 November 2021

FLUENT流固耦合传热设置问题 看到很多网友对于fluent里模拟流固耦合传热（同时有对流和导热）有很多疑问，下面说说我的解决方法。 1，首先要分清你的问题是否是流固耦合传热。 （1）如果你的传热问题只是流体与固体壁面的传热，不涉及到固体壁面内部的导热，那么这就是一个对流传热问题，不是流固耦合传热问 题，这时候你只需要设置壁面的对流换热系数即可。如下图 注意右边这几个参数的含义：从上往下依次为：壁面外部的对流传热系数；外部流体温度；壁面厚度；壁面单位体积发热率。 这里没有内部流体的对流传热设置，因为fluent会根据流体温度以及壁面温度，利用能量守恒，自动计算内壁流体与壁面的对流换热情况。 （2）流固耦合传热问题。在建模的时候你应该定义两个区域，流体区域和固体区域，并且在切割区域的时候，你应该选中connect，如下图 所示 边界条件设置：交界面为wall。在导入fluent以后，fluent就会自动生成wall-shadow。这样在流固交界面上就生成了一对耦合的面，如下图所示， 。 2，耦合传热设置问题 （1）首先就是求解器的设置问题，应该选择耦合求解器，虽然计算速度会慢一些，但是这更符合实际情况，更容易收敛，误差更小。如果 是非稳态过程还应选择unsteady。如下图所示 （2）交界面设置问题，这个是关键。不用过多的设置只需要选择coupled。这样fluent就会自动计算耦合面的传热问题。如下图所 示 （3）当然还要选择能量方程。其他诸如湍流模型、材料设置、进出口条件等等，需要你根据实际情况设定，这里不再雷述。

最新fluent流固耦合传热设置问题

FLUENT流固耦合传热设置问题 看到很多网友对于fluent里模拟流固耦合传热（同时有对流和导热）有很多疑问，下面说说我的解决方法。 1，首先要分清你的问题是否是流固耦合传热。 （1）如果你的传热问题只是流体与固体壁面的传热，不涉及到固体壁面内部的导热，那么这就是一个对流传热问题，不是流固耦合传热问题， 这时候你只需要设置壁面的对流换热系数即可。如下图 注意右边这几个参数的含义：从上往下依次为：壁面外部的对流传热系数；外部流体温度；壁面厚度；壁面单位体积发热率。 这里没有内部流体的对流传热设置，因为fluent会根据流体温度以及壁面温度，利用能量守恒，自动计算内壁流体与壁面的对流换热情况。 （2）流固耦合传热问题。在建模的时候你应该定义两个区域，流体区域和固体区域，并且在切割区域的时候，你应该选中connect，如下图所 示 边界条件设置：交界面为wall。在导入fluent以后，fluent就会自动生成wall-shadow。这样在流固交界面上就生成了一对耦合的面，如下图所示，

。 2，耦合传热设置问题 （1）首先就是求解器的设置问题，应该选择耦合求解器，虽然计算速度会慢一些，但是这更符合实际情况，更容易收敛，误差更小。如果是非 稳态过程还应选择unsteady。如下图所示 （2）交界面设置问题，这个是关键。不用过多的设置只需要选择coupled。 这样fluent就会自动计算耦合面的传热问题。如下图所示

（3）当然还要选择能量方程。其他诸如湍流模型、材料设置、进出口条件等等，需要你根据实际情况设定，这里不再雷述。1.在国际单位制中，电荷的单位是 A. 伏特 B. 安培 C. 库仑 D.瓦特 2．小明家装修房屋需要购买导线，关于导线种类的选择，最恰当的是： A．强度大的铁丝B．细小价格较便宜的铝丝 C．粗一点的铜丝D．性能稳定的镍铬合金丝 3．小明在研究通过导体的电流时，根据测量数据绘制出如图 所示的I-U图像。对此作出的判断中，错误 ．．的是： A．通过R1的电流与它两端所加电压成正比 B．通过R2的电流与它两端所加电压不成正比 C．将它们串联接入到同一电路中时，通过R1的电流较小 D．将它们并联连接到两端电压为1.5V的电路中时，通过 干路的电流大约是0.46A 4．小灯泡L上标有“2.5V”字样，它的电阻随它两端电压变化的图像如图甲所示。将小灯泡L和电阻R0接入图乙所示的电路中，电源电压为6V，且保持不变。当开 关S闭合时，小灯泡L恰好能正常发光。 下列说法正确的是： A．开关S断开时，小灯泡L的电阻为0Ω B．开关S闭合时，小灯泡L的电阻为8Ω C．小灯泡L的额定功率为0.5W D．电阻R0的阻值为14Ω 5．假设导体没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（） A．白炽灯仍然能发光B．电动机仍然能转动 C．电饭锅仍然能煮饭D．电熨斗仍然能熨衣服 6．在图8所示电路中，闭合开关S后，在滑片P 向右滑动过程中，各电表示数变化正确的 是（） A．A1、A3示数不变，A2、V示数变小 B．A1、V 示数不变，A2、A 3示数变大R1 R2

基于LSDYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析

基于 LS-DYNA 及 FLUENT 的板壳结构流-固耦合分析
汪丽军 北京航空航天大学，交通科学与工程学院 100191
[摘 要]： 本文采用 ANSYS 显示动力分析模块 LS-DYNA 及流场分析模块 FLUENT，对水下的板壳 结构运动及其界面的流-固耦合现象进行了仿真分析。流场计算得到的界面压强数据以外载荷 的形式施加于结构表面，使其产生位移及变形；同时，结构的变化又进一步影响了流场的分 布。通过往复的双向耦合迭代，得到了板壳结构的动力学响应以及流场的分布情况。仿真结 果与试验结果的对比表明，此方法适用于解决兼有大位移及较大变形特征的流-固耦合问题。 [关键词]： 板壳结构 流-固耦合 有限元方法 ANSYS
Analysis of Fluid-Structure Interaction for Plate/Shell Structure Based on LS-DYNA and FLUENT
Wang Lijun School of Transportation Science & Engineering, Beihang University 100191
Abstract: In this paper，the movement of plate under water and the fluid-structure interaction(FSI) is simulated numerically by combining explicit dynamic solver LS-DYNA and computational fluid dynamics solver FLUENT in ANSYS. The pressure obtained from the calculation of flow field are applied as external loads on the surface of the plate, then the structural deformation and displacement can be calculated as well, which will affect the shape and pressure distribution of the flow field reversely. After sequential coupling iterations the dynamic response of the structure and flow field distribution are obtained consequently. By comparing numerical and experimental results it is proved that this proposed coupling method is suitable for solving such a kind of FSI problems considering both large displacement and comparatively large deformation. Keyword: Plate/shell structure, Fluid-Structure Interaction, Finite element method，ANSYS
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前言
在自然界中，流-固耦合现象广泛存在于航空、航天、汽车、水利、石油、化工、海洋 以及生物等领域。很多实际问题中流体载荷对于结构的影响不可忽略；同时，结构的位移 和变形也会对流场的分布产生重要影响。例如各种水下运动机构都需要考虑这种现象。

双向流固耦合实例Fluent与structure

双向流固耦合实例( Fluent 与 structure) 说明：本例只应用于FLUENT14.0 以上版本。 ANSYS 14.0 是2011 年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling ，目前只能用于fluent 与ansys mechanical 的双向流固耦合计算。官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT 终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。 模块及数据传递方式如下图所示。 一、几何准备流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。在geometry 模块中同时创建流体模型与固体模型。到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁用处理。 模型中的尺寸：v1:32mm ，h2:120mm ，h5:60mm ，h3:3mm ，v4:15mm 。由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice 切割。这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。 二、流体部分设置 1、网格划分 双击B3 单元格，进入meshing 模块进行网格划分。禁用固体部分几何。设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。这里设定全局尺寸为1mm 。划分网格后如下图所示。

2 、进行边界命名，以方便在 fluent 中进行边界条件设置 变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为 操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单 create named selection ，然后输入相 应的边界名称。 注意： FLUENT 会自动检测输入的名称以使用对应的边界类型， 在 fluent 进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。 本部分操作完毕后，关闭 meshing 模块。返回工程面板。 3 、进入 fluent 设置 FLUENT 主要进行动网格设置。其它设置与单独进行 FLUENT 仿真完全一致。 设置使用瞬态计算，使用 K-Epsilon 湍流模型。 这里的动网格主要使用弹簧光顺处理（由于使用的是六面体网格且运动不规律），需要使 用 TUI 命令打开光顺对六面体网格的支持。使用命令 /define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters 。 动态层技术与网格重构方法在六面体网格中失效。因此，建议使用四面体网格。我们这里 由于变形小，所以只使用光顺方法即可满足要求。 点击 Dynamic mesh 进入动网格设置面板。如下图所示，激活动网格模型。 设置左侧面为速度进口 velocity inlet ，右侧面为自由出流 outflow ，上侧面为壁面边界 wall_top ，正对的两侧面为壁面边界 wall_side1 与 wall_side2 这两个边界在动网格设定中为 system coupling 类型） 当然用户也可以

基于adina热-流-固耦合建模过程

基于adina热-流-固耦合建模过程 2010-10-17 00:32:09 作者：党旭光，朱庆杰，刘峰，程雨来源：互联网 分享到 https://www.sodocs.net/doc/0d4736457.html,/CAE/Article81109_1.htm https://www.sodocs.net/doc/0d4736457.html,/article/2010/1017/article_63695.html 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Guvanas en、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。Hart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)

abaqus和Fluent的流固耦合模拟

耦合模拟 为耦合模拟ABAQUS需做如下工作： l定义耦合步 l定义耦合区域 l定义耦合区域需要交换的物理量 以上每一步骤将在下面详细叙述 定义耦合步 ABAQUS耦合模拟界面是和存在的ABAQUS程序联合使用的。在你想定义的耦合步中，无论耦合情况如何，你必须先有效的载荷和边界条件。然后你再说明需要耦合的是这步，其中的一些量需要和三方软件进行数据交换。如下的一些过程ABAQUS是可以进行耦合分析的： l准静态应力分析 l直接积分的隐式动态分析 l显式动态分析 l无耦合的热传导分析 l全积分热应力分析 与MPCCI server 数据交流始于耦合步，终于耦合步。 由于ABAQUS和其它三方软件在耦合分析过程中是实时的进行数据交换以及启动和终止三方程序，你可以在一个工作项目中只定义一个耦合步。 输入文件格式为：*CO-SIMULATION 定义接触区域 接触区域是系统之间的连接区域。这个表面对于ABAQUS而言必须是单元类型的面，任何对于MPCCI支持的单元类型均可以用于耦合步。而只有如下单元类型可以定义为接触区域，如表7.9.2-1 定义耦合区域的交换量 对于每个耦合区域你必须指定ABAQUS和其它三方软件进行交换的物理量，表7.9.2-2列出了可以用于交换和选择的物理量

输入输出的物理量的选择取决于分析的类型，如表7.9.2-3所示 输入文件的格式为： *CO-SIMULA TION,IMPORT surface_A,quantity_I1,quantity_I2,… surface_B,quatity_I3 *CO-SIMULA TION,EXPORT surface_A,quantity_E1 surface_B,quantity_E2 当前节点坐标和位移 因为在CFD代码中流体形状可以变化，不保持初始几何构型，所以在流固耦合（FSI）中选择当前节点坐标(COORD)，而不是选择节点位移(U)。 不管是做小变形还是大变形，COORD的定义是当前节点坐标。这个定义和ABAQUS传统的定义有很大的区别，因为在传统的定义中再小变形情况下，初始坐标师部需要更新的。 位移再整体坐标系下总是交换的。如果对一个节点存在一个局部的变化，ABAQUS再将它们传给MPCCI server之前，先转化为整体坐标系下的位移。 集中力合法向压力 在流固耦合中，如果粘性剪切力需要导入，那么输入、输出的物理量就应该是集中节点力（CF）而不是法向压力（PRESS）.在ABAQUS/Standard的耦合步中，从上一步到当前时间步，集中力和法向压力由一个斜坡的过渡。而在ABAQUS/Explicit的耦合步中，将保持常值，没有斜坡！ 集中力总是在整体坐标系下进行数据交换的，如果一个节点存在一个局部坐标系，ABAQUS首先将集中力转化到局部坐标系下，然后再施加到结构上。 记中法向力可以在ABAQUS后处理中可视化。 热流和薄膜性质 对于流入一个表面热流分布可以用表面热流（HFL）这个概念。用薄膜性质（FILM）来模拟对流 这里q是进入表面的热流量，h是薄膜系数，为流体或者环境温度。薄膜系数可以通过热流和流体温度(FLUENT计算得到)以及壁温度（ABAQUS计算得到）来计算，如下 薄膜系数和流体温度传到ABAQUS内部，并保持为常值。当流体和壁的温度一致时，任意小的一个热传导系数付给ABAQUS。第一步耦合计算中，为了得到合理的薄膜常数，你应当保证在ABAQUS中壁温已经合适的初始化了，以及对初始的流体的温度场也有很好的估计。ABAQUS把初始化的壁温传给第三方软件。单位体系 ABAQUS对模型分析，没有特殊的单位要求。然而在耦合模拟中，ABAQUS运用的单位制必须和第三方

发动机流固耦合系统稳态传热仿真

发动机流固耦合系统稳态传热仿真 张沛毅，毕玉华，申立中，雷基林 (昆明理工大学云南省内燃机重点实验室，云南昆明650500) 摘要：建立缸盖-冷却水-缸套-机体流固耦合传热系统，采用流固耦合的方法实现整机耦合传热计算，把单个零件的传热外边界条件变成内边界，使传热仿真更简单合理。 然后根据缸盖、机体、缸套及冷却水的温度场分布，对发动机进行热应力计算，分析发动机的热负荷。 关键词：发动机；冷却水套；流固耦合；数值仿真 主要软件：A VL FAME，A VL FIRE 1. 前言 在发动机传热仿真研究中，多场耦合计算的应用越来越广泛，通过有限元分析软件，可以对缸内燃气流动与传热、燃烧室零件传热、冷却系统和润滑系统流体的流动与传热的仿真模拟进行联合研究。 本文采用流固耦合法对缸盖-冷却水-缸套-机体流固耦合系统进行传热计算，流固耦合传热研究是将固体部件和流体区域进行整体建模，将流体与固体之间复杂的外边界条件变成相对简单的内边界进行处理。耦合传热计算不但减少了计算的边界条件，而且提高了仿真精度。 本文所研究发动机是一台增压中冷4缸柴油机，其主要技术参数见表1所示： 表1 发动机主要参数 发动机型式立式直列四缸 缸径×冲程/mm×mm95×105 压缩比17 标定功率/ kW(r/min) 92(3600) 最大扭矩/N·m(r/min) 285(2000~2400) 冷却液流量/L·min-1110 2. 耦合系统模型 采用UG软件对所需的缸盖、缸套、机体和冷却水套进行三维实体模型的创建。然后采用SimLab软件对缸盖、缸套以及机体模型进行网格划分，装配模型如图1所示。冷却水套网格采用A VL FAME进行混合网格划分，对关键位置处（如缸盖水套鼻梁区）进行了网格细化，水套计算网格模型如图2所示。网格总数约105万，网格主要是由六面体单元(约占90％)组成。

双向流固耦合实例(Fluent与structure)

双向流固耦合实例（Fluent与structure） 说明：本例只应用于FLUENT14.0以上版本。 ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling，目前只能用于fluent与ansys mechanical的双向流固耦合计算。官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。 模块及数据传递方式如下图所示。 一、几何准备 流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。在geometry模块中同时创建流体模型与固体模型。到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁用处理。 模型中的尺寸：v1:32mm，h2:120mm，h5:60mm，h3:3mm，v4:15mm。 由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice切割。这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。 二、流体部分设置 1、网格划分 双击B3单元格，进入meshing模块进行网格划分。禁用固体部分几何。设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。这里设定全局尺寸为1mm。划分网格后如下图所示。

2、进行边界命名，以方便在fluent中进行边界条件设置 设置左侧面为速度进口velocity inlet，右侧面为自由出流outflow，上侧面为壁面边界wall_top，正对的两侧面为壁面边界wall_side1与wall_side2（这两个边界在动网格设定中为变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为system coupling类型）。 操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单create named selection，然后输入相应的边界名称。注意：FLUENT会自动检测输入的名称以使用对应的边界类型，当然用户也可以在fluent进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。 本部分操作完毕后，关闭meshing模块。返回工程面板。 3、进入fluent设置 FLUENT主要进行动网格设置。其它设置与单独进行FLUENT仿真完全一致。 设置使用瞬态计算，使用K-Epsilon湍流模型。 这里的动网格主要使用弹簧光顺处理（由于使用的是六面体网格且运动不规律），需要使用TUI命令打开光顺对六面体网格的支持。使用命令 /define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters。 动态层技术与网格重构方法在六面体网格中失效。因此，建议使用四面体网格。我们这里由于变形小，所以只使用光顺方法即可满足要求。 点击Dynamic mesh进入动网格设置面板。如下图所示，激活动网格模型。

CFX—Ansys单向流固耦合分析 之 散热器热分析 步骤

CFX—Ansys单向流固耦合分析 ——散热器热分析 1.计算模型 模型一般选用Iges格式，单位mm，去掉直径小于φ30的孔及半径小于R10等细小特征，将散热元器件接触面分割出来。 2.元器件发热量 IGBT损耗 IGBT器件损耗包括IGBT、FWD稳态损耗及开关损耗。根据I C=f(V CE)查出V CE 及I C的两个值，分别输入表一中，即可求出IGBT的稳态损耗P IGBT-DC，根据表 二求出FWD的稳态损耗P FWD-DC 。 根据表三、表四求出IGBT的开关损耗，表五求出FWD的开关损耗。根据已知的电阻、电流查出损耗值，然后根据实际电阻及已知电阻的比例关系求出实际 的损耗值。 整流桥损耗 根据公式求出I dc，然后查表得出整流桥损耗，其中I o为电流值，其他参数不变。 具体参见“IGBT、整流桥功耗计算(ECM※).xlsx” 及元器件手册。热量输入采用热流密度，单位W/m2。 3.创建文件夹 a)建立一个总文件夹，如“radiator(ECM43)” b)在radiator(ECM43)里建立IGS、hm、cfx及wb文件夹，IGS文件夹里放入模型数据， hm里放入网格数据，cfx里放入流体分析文件，wb文件夹里放入热分析文件 4.网格划分 采用Hypermesh划分网格，必须使散热器网格与流体网格坐标一致。 4.1.启动“Hypermesh” 在桌面上双击图标

开始?所有程序?Altair Hyperworks 8.0 sr1?hypermesh 4.2.导入模型 File?Import?Geometry?IGES Geometry Color?By Topo Shaded Geometry and Surface Edges 4.3.程序参数设置 数据格式选择Preferences?User Profiles… 选择Preferences?Options， 4.4.体网格划分 3D?tetramesh?volume tetra Enclosed volume:， Hint：Shift+左键拖动选择散热器全部表面 点击开始网格划分，看到提示信息表示网格划分结束。 4.5.网格质量检查 快捷键F10，3‐d?tet collapse 如果collapse值为0.00，建议减小单元尺寸重新划分网格。 4.6.生成面单元 Tool?Faces???