ansys_workbench_弹性血管分析实例

ANSYS, Inc. Proprietary© 2004 ANSYS, Inc. 弹性血管弹性血管 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 弹性血管 • 使用带有压力脉冲的90º弹 性管来模拟血流过血管 • 需要两种流固耦合的方式: –流体压力使得管壁运动 –管壁运动影响流体流动 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 弹性血管 • 压力脉冲作为时间的函 数，如右图所示 • 流体是弱压缩的，所以 密度被建立为压力的函 数 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 导入几何模型 • 启动Workbench11.0 • 选择New Simulation • 选择 Geometry > From File并导入提供的文 件 BloodVessel.agdb ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 材料 • 在目录树中扩展Geometry并点击 Solid • 在Details of Solid中选择Material并修改 Structural Steel为 New Material • 设置: – Young’s modulus: 4.5E+08 Pa – Poisson’s ratio: 0.3 – Density 1150 kg m^-3 • 修改材料名为 Pipe Wall • 点击 Simulation按钮 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 网格设置 • 右击 Mesh 并且选择 Insert>Sizing. • 对Geometry, 选择端部线 条 • 设置Type为Number of Divisions, Number of Divisions 为12 • 设置Edge Behavior为 Hard ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 网格设置 • 重复设置如图所示的6条 线条为10等分 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 预览网格 • 右击 Mesh并且选择 Preview Surface Mesh 来预览网格. ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. ANSYS 设置: 定义分析类型 • 在工具栏上选择New Analysis下的Static Structural • 点击Analysis Setting，并设置Large Deflection为On ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 入口 • 选择垂直于Z轴的管端 • 右击并且选择 Insert>Displacement • 设置Z Component为 0 m • 保持其他分量为空白 • 这步设置了管端的轴向约束 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 出口和对称 • 出口: 按照相同的步骤设置管 另一端的X-component 为 0 m • 对称: 按照相同的步骤设置图 示对称平面的 Y- component 为 0 m ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: FSI 接触面 • 定义流固耦合交界面 –选择管内壁的三个面 (此处与流体接触) –右击Insert>Fluid Solid Interface ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 求解 • 需要告诉 ANSYS 求解种类 –右击 Solution并且选择 Insert>Deformation>Total ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. WORKBENCH设置: 写Input 文件 • 为求解写input文件 –点击 Solution –选择Tools>Write ANSYS Input File来写 input文件,命名为structure.inp • 退出Workbench 并保存所有文件 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX设置:导入网格 • 启动CFX-Pre11.0并且开 始一个新的分析 (File>New Simulation) • 点击Import Mesh并且选 择导入所提供的网格文 件 (BloodVesselMesh.gtm) ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX设置:导入 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式 • 对于此分析，CFX设置中需要以下表达 式： –密度，作为压力的函数 –入口处的压力脉冲，作为时间的函数提供压 力 • 选择主菜单中的File> Import CCL • 选择并导入所提供的文件 Expressions.ccl ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置:材料 • 在主菜单中选择Create> Library Objects> Material并生成一个材料叫做Blood • 设置Thermodynamic State为Liquid • 在Material Properties按钮,设置 – Molar Mass为1 kg mol^-1 – Density为表达式den • 勾上Specific Heat Capacity并设置Specific Heat Capacity为4200 J kg^1 K^-1 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX设置:材料 • 勾上Table Generation并设置 – Minimum Absolute Pressure = 1e4 [Pa] – Maximum Absolute Pressure = 2e5 [Pa] – Error Tolerance = 0.01 – Maximum Points = 100 – Pressure Extrapolation = On • 勾上Transport Properties并且设置Dynamic Viscosity为4E-3 kg m^-1 s^-1 • 点击OK生成此材料 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 瞬态 • 选择Create> Flow Objects> Simulation Type • 设置External Solver Coupling菜单下的Option 为ANSYS MultiField • 在ANSYS input file中输入在WORKBENCH中 写出的文件structure.inp • 设置Total Time为0.1 s, Time Steps为 0.001 s，Coupling Initial Time为0 s • 改变Simulation Type菜单下的Option为 Transient，其它保持默认，点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 域 • 选择Create> Flow Objects> Domain,命名为 FLUID • 设置Fluid List为 Blood • 设置Mesh Deformation为 Regions of Motion Specified • 在 Fluid Models按钮下, 设置Heat Transfer为 Isothermal，Temperature为32 C • 设置Turbulence Model 为 NONE(Lamilar) • 其它保持默认，点击OK生成域 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 入口 • 选择Create> Flow Objects> Boundary Condition并且生成一个 边界条件叫做 inlet • 设置Boundary Type为 Opening • 设置 Location为 INLET N • 在 Boundary Details菜单下, 设置 Mass and Momentum, Option = Static Pres. (Entrain) • 设置Relative Pressure为表达式 pulse • 在 Mesh Motion菜单下, 保持 Option设置为 Stationary (它将在 后面改变)，点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 出口 • 选择Create> Flow Objects> Boundary Condition并且生成一个 边界条件叫做outlet • 设置Boundary Type为 Opening • 设置Location为OUTLET N • 在 Boundary Details按钮, 设置 Mass and Momentum, Option = Static Pres. (Entrain) • 设置Relative Pressure为 0 Pa • 在 Mesh Motion菜单下, 保持 Option设置为 Stationary (它将在后 面改变)，点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 墙(MFX接触面) • 选择Create> Flow Objects> Boundary Condition并生成一 个边界条件叫做 wall • 设置Boundary Type 为Wall • 设置 Location为WALL N • 在 Boundary Details菜单下, 设置Mesh Motion, Option为 ANSYS MultiField • 其它保持默认，点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 对称平面 • 选择Create> Flow Objects> Boundary Condition并生成一个边界 条件叫做 symm • 设置Boundary Type 为 Symmetry • 设置Location为 SYMM N • 点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 初始条件 • 选择Create> Flow Objects> Global Initialisation来生成初始条件 • 设置 U, V, W均为 0 [m s^-1] • 设置Relative Pressure为 0 [Pa] • 点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 求解设置 • 选择Create> Flow Objects> Solver Control来设置求解控制 • 在External Coupling菜单下设置 Convergence Target为1E-4 • 对于此例, 其它默认的求解设置满足要求 • 点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 输出文件 • 选择Create> Flow Objects> Output Control 来生成瞬态结果文件 • 在 Transient Results 菜单下, 点击Add new item按钮来生成一个名为Transient Results 1 的文件 • 设置Option为Selected Variables并选择 Output Variables List为: Pressure,Velocity • 改变Output Frequency为Time Interval，并设 置 Time Interval 为0.001 [s] • 点击OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 写出求解文件 • 选择File> Write Solver File来写出 CFX 定义文件 • 设置保存文件名为FLUID.def • 设置右边下拉窗口为Write Solver File • 勾选Quit CFX-Pre • 点击Save，并保存所有文件 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: CCL 编辑 • CFX-Pre 不允许两个 openings (inlet 和 outlet) 均设置 Mesh Motion为Unspecified. – 这仅在 openings 是平坦的和CFX-Pre 不能检查到 时有效 – 如果openings 不是平坦的，那么这些面上的结果可 能不对 • 本例有两个平坦的 openings – 因此可以使用 Unspecified ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: CCL 编辑 • 启动CFX-Solver 11.0打开 CFX-Solver Manager 后, 选择Tools> Edit Definition File • 打开定义文件FLUID.def • 在 FLOW> DOMAIN> BOUNDARY: inlet> BOUNDARY CONDITIONS> MESH MOTION, 设置 Option为 Unspecified • 对于outlet重复此操作 • 保存这个定义文件并退出此文件编辑器 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. CFX 设置: 运行求解 • 在CFX-Solver Manager中，选择 File>Define Run • 在Define Run窗口中输入Definition File 为文件FLUID.def • 点击Start Run ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 求解结束 • 当求解结束时: – ANSYS的output文件将会显示求解结束 – CFX 求解器将会弹出一个窗口通知求解结 束 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 查看 CFX 结果 • 启动CFX-Post 11.0并导入结果File>Load Results,选择FLUID_001.res • 显示不同时刻对称平面上的压力云图 – 选择symm，在其子菜单中设置Mode为Variable， 并设置Variable为Pressure，其他保持默认，点击 Apply • 显示不同时刻对称平面上的速度矢量图 – 选择Insert>Vector,保持默认名Vector1 – 在Vector1子菜单中设置Locations为Symm，保持 Variable为Velocity，其他保持默认，点击Apply ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 动画显示CFX 结果 • 显示对称平面上的压力云图 • 读第一个时间步 (Tools>Timestep Selector) 并显示对称面上的速度矢量图 • 选择Tools>Animation，点击 New按钮 • 选择KeyframeNo1并设置 # of Frames为99 • 读最后一个时间步 (Tools>Timestep Selector) 并点击 New按钮 • 勾选Save MPEG，并点击 Play the animation 按钮来生成动画 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 压力作为时间的函数 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 查看ANSYS 结果 • 在 ANSYS Post1 和Post2中查看ANSYS结果 • 启动ANSYS Post1读入结果General Postproc> Data & File Opts，读入ANSYS.rst • 读不同载荷步结果 General Postproc> Read Results> By Pick • 显示结构变形 General Postproc> Plot Results> Deformed Shape • 启动ANSYS Post2，读入结果ANSYS.rst • 点击Add Data按钮，并选择Nodal Solution > DOF Solution>Y-component of displacement,点击OK • 在跳出的窗口选择任意一个节点，点击OK • 选择上一步定义的变量，点击Graph Data，来显示变 量曲线 ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. 动画显示ANSYS结果 • 在POST1中显示结果 • 在公用菜单中选择PlotCtrls> Animate> Over Time • 设置 Number of Animation Frames为100 • 选择Time Range并且设置 Range Minimum 和Maximum分别为 0和0.1 • 在Contour data for animation列表中选择 Stress，并在右边列表中选择 Von Mises • 点击 OK ANSYS, Inc. Proprietary© 2005 ANSYS, Inc. Von Mises 应力 弹性血管 弹性血管 弹性血管 WORKBENCH设置: 导入几何模型 WORKBENCH设置: 材料 WORKBENCH设置: 网格设置 WORKBENCH设置: 网格设置 WORKBENCH设置: 预览网格 ANSYS 设置: 定义分析类型 WORKBENCH设置: 入口 WORKBENCH设置: 出口和对称 WORKBENCH设置: FSI 接触面 WORKBENCH设置: 求解 WORKBENCH设置: 写Input 文件 CFX设置:导入网格 CFX设置:导入表达式 CFX 设置:材料 CFX设置:材料 CFX 设置: 瞬态 CFX 设置: 域 CFX 设置: 入口 CFX 设置: 出口 CFX 设置: 墙(MFX接触面) CFX 设置: 对称平面 CFX 设置: 初始条件 CFX 设置: 求解设置 CFX 设置: 输出文件 CFX 设置: 写出求解文件 CFX 设置: CCL 编辑 CFX 设置: CCL 编辑 CFX 设置: 运行求解 求解结束 查看 CFX 结果 动画显示CFX 结果 压力作为时间的函数 查看ANSYS 结果 动画显示ANSYS结果 Von Mises 应力