ADINA流固耦合

ADINA非线性与流固耦合 [兼容模式]

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结构非线性、流固耦合模拟技术的最新进展

--ADINA工程应用简介

ADINA非线性与流固耦合 [兼容模式]

主要内容

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ADINA求解结构非线性问题的关键技术求解结构线性的关键技术 ADINA求解流固耦合问题的关键技术 ADINA软件工程应用

ADINA软件发展历史、前后处理功能简介软件发展历史前后处理功能简介

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ADINA求解结构非线性问题的关键技术

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逐步发展中的分析能力：

常规材料－金属、非金属

结构分析

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耦合温度、各向异性、粘性效应…

各种金属、非金属蠕变算法

超弹性材料泡沫橡胶超弹性材料－泡沫、橡胶蠕变类材料－超过10种算法

低速、亚音速、超音速势流体入、出口条件、无限远边界条件

材料本构

势流体材料－介质中的压力波传播记忆合金压电材料记忆合金、压电材料垫片材料－装配的汽密性分析粘性材料－粘弹、粘塑性其它材料－多孔介质等

孔隙介质与孔隙流体的相互作

用等

智能器件建模；能够耦合流体、温度度计算密封效果

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无需输入接触刚度

接触

结构分析

单元生死

流体流固耦合分析

手册

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第一章计算流体力学概述第一章计算流体力学概述

1.1 计算流体力学概述

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是以计算机作为模拟手段，运用一定的计算技术寻求流体力学各种复杂问题的离散化数值解的计算方法。

计算流体力学可以看作是对基本守恒方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下的流动过程进行数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内的各个位置上的基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）分布，以及这些物理量随时间的变化情况。

计算流体力学、理论流体力学、实验流体力学是流体力学研究工作的三种主要手段。理论分析具有普遍性，各种影响因素清晰可见、为实验和计算研究提供依据。对于非线性情况，只有少数问题能给出解析解。实验研究仍是研究工作的基石，数值研究的许多方面都密切依赖于实验研究提供数据；计算结果需由实验验证；观察实验现象分析实验数据以建立计算模型等等。数值模拟是特殊意义下的实验，也称数值实验，它比起实验研究，经济效益极为显著。三种手段既互相独立又相辅相成。

近年来，由于实际工程设计对于流体计算提出越来越高的要求，计算流

作为流流合版块的版主，我感到惭愧。因为我几乎就没真正应用流固耦合做过工程。第一次应用流固耦合还要追溯到做硕士毕业论文的时候，当时做的是高压水射流切割，属于一个大课题中的小项。主要用的软件是fluent。但是利用fluent是没办法计算射流的切割效果的，流体软件只能计算流场参数（压力、速度、温度等），对于应力计算实在是力不从心。我不知道导师是从哪里听来的风声，说让使用mpcci将fluent与abaqus耦合计算固体变形乃至断裂。当时也是初生牛犊不怕虎，老师说用那就用呗，于是开始关注固体计算，关注abaqus，关注mpcci。然而现实是残酷的，流体与固体采用不同的计算网格（流体用欧拉网格，固体采用拉格朗日网格），对于断裂的问题，单纯采用abaqus勉强可算，然而耦合上流体之后，通常计算会以出现负体积而告终。多次的失败终于磨灭了导师的耐心，于是项目转而采用LS-DYNA的ALE进行解决，而我的毕业论文，则彻底的舍弃了这一部分。搞射流的自然离不开喷嘴的设计，在研究射流喷嘴结构在高压流体作用下的材料行为，于是又涉及到了流固耦合问题，这次很幸运，虽然压力很高，然而压差并不大，喷嘴的变形处于弹性小变形阶段，我采用workbench中的CFX+ANSYS

作为流流合版块的版主，我感到惭愧。因为我几乎就没真正应用流固耦合做过工程。第一次应用流固耦合还要追溯到做硕士毕业论文的时候，当时做的是高压水射流切割，属于一个大课题中的小项。主要用的软件是fluent。但是利用fluent是没办法计算射流的切割效果的，流体软件只能计算流场参数（压力、速度、温度等），对于应力计算实在是力不从心。我不知道导师是从哪里听来的风声，说让使用mpcci将fluent与abaqus耦合计算固体变形乃至断裂。当时也是初生牛犊不怕虎，老师说用那就用呗，于是开始关注固体计算，关注abaqus，关注mpcci。然而现实是残酷的，流体与固体采用不同的计算网格（流体用欧拉网格，固体采用拉格朗日网格），对于断裂的问题，单纯采用abaqus勉强可算，然而耦合上流体之后，通常计算会以出现负体积而告终。多次的失败终于磨灭了导师的耐心，于是项目转而采用LS-DYNA的ALE进行解决，而我的毕业论文，则彻底的舍弃了这一部分。搞射流的自然离不开喷嘴的设计，在研究射流喷嘴结构在高压流体作用下的材料行为，于是又涉及到了流固耦合问题，这次很幸运，虽然压力很高，然而压差并不大，喷嘴的变形处于弹性小变形阶段，我采用workbench中的CFX+ANSYS

作为流流合版块的版主，我感到惭愧。因为我几乎就没真正应用流固耦合做过工程。第一次应用流固耦合还要追溯到做硕士毕业论文的时候，当时做的是高压水射流切割，属于一个大课题中的小项。主要用的软件是fluent。但是利用fluent是没办法计算射流的切割效果的，流体软件只能计算流场参数（压力、速度、温度等），对于应力计算实在是力不从心。我不知道导师是从哪里听来的风声，说让使用mpcci将fluent与abaqus耦合计算固体变形乃至断裂。当时也是初生牛犊不怕虎，老师说用那就用呗，于是开始关注固体计算，关注abaqus，关注mpcci。然而现实是残酷的，流体与固体采用不同的计算网格（流体用欧拉网格，固体采用拉格朗日网格），对于断裂的问题，单纯采用abaqus勉强可算，然而耦合上流体之后，通常计算会以出现负体积而告终。多次的失败终于磨灭了导师的耐心，于是项目转而采用LS-DYNA的ALE进行解决，而我的毕业论文，则彻底的舍弃了这一部分。搞射流的自然离不开喷嘴的设计，在研究射流喷嘴结构在高压流体作用下的材料行为，于是又涉及到了流固耦合问题，这次很幸运，虽然压力很高，然而压差并不大，喷嘴的变形处于弹性小变形阶段，我采用workbench中的CFX+ANSYS

作为流流合版块的版主，我感到惭愧。因为我几乎就没真正应用流固耦合做过工程。第一次应用流固耦合还要追溯到做硕士毕业论文的时候，当时做的是高压水射流切割，属于一个大课题中的小项。主要用的软件是fluent。但是利用fluent是没办法计算射流的切割效果的，流体软件只能计算流场参数（压力、速度、温度等），对于应力计算实在是力不从心。我不知道导师是从哪里听来的风声，说让使用mpcci将fluent与abaqus耦合计算固体变形乃至断裂。当时也是初生牛犊不怕虎，老师说用那就用呗，于是开始关注固体计算，关注abaqus，关注mpcci。然而现实是残酷的，流体与固体采用不同的计算网格（流体用欧拉网格，固体采用拉格朗日网格），对于断裂的问题，单纯采用abaqus勉强可算，然而耦合上流体之后，通常计算会以出现负体积而告终。多次的失败终于磨灭了导师的耐心，于是项目转而采用LS-DYNA的ALE进行解决，而我的毕业论文，则彻底的舍弃了这一部分。搞射流的自然离不开喷嘴的设计，在研究射流喷嘴结构在高压流体作用下的材料行为，于是又涉及到了流固耦合问题，这次很幸运，虽然压力很高，然而压差并不大，喷嘴的变形处于弹性小变形阶段，我采用workbench中的CFX+ANSYS

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:

?????(?v)?0 (1) ?t??v???(?vv??)?fB (2) ?t式中，?为流体密度；v为速度向量；f流体介质

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，

一两端带法兰弯管置于大空间内，管外壁与空气发生自然对流换热；内通烟气并与管内壁发生强制对流换热。结构和尺寸及其它条件如图。计算任务为用计算流体力学/计算传热学软件Fluent求解包括管内流体和管壁固体在内的温度分布，其中管壁分别采用薄壁和实体壁两种方法处理。 所需的边界条件采用对流换热实验关联式计算。

要求在发动机数值仿真实验室的计算机上完成建立几何模型、生成计算网格、建立计算模型、提交求解、和结果后处理等步骤，并分别撰写计算任务的报告，计算报告用计算机打印。

计算报告包括以下与计算任务相关的项目和内容：

(1) ............................... 传热过程简要描述 包括传热方式、流动类型等； (2)计算方案分析 包括所求解的控制方程及其简化、边界条件及其确定方法和主要计算过程；

(3)计算网格简报 包括网格划分方案、单元拓扑、单元和节点数量、网格质量等；

(4)计算模型描述 包括流体物性、边界条件、湍流模型、辐射模型及近壁处理等；

(5)求解过程简报 包括求解方法、离散格式、迭代过程监控、收敛准则等； (6) ...............................................

ANSYS流固耦合分析实例命令流

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本资料来源于网络，仅供学习交流 2015年10月 达尔文档|DareDoc 整理

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ANSYS流固耦合例子命令流 .......................................................................... 错误！未定义书签。 ANSYS流固耦合的方式 ..................................................................................................................... 3 一个流固耦合模态分析的例子1 ....................................................................................................... 3 一个流固耦合模态分析的例子2 ...............................