ANSYS, Inc. Proprietary© 2004 ANSYS, Inc.
弹性血管弹性血管
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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
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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
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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
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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
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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
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WORKBENCH设置: 网格设置
• 重复设置如图所示的6条
线条为10等分
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WORKBENCH设置: 预览网格
• 右击 Mesh并且选择
Preview Surface Mesh
来预览网格.
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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
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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
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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
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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
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WORKBENCH设置: 求解
• 需要告诉 ANSYS 求解种类
–右击 Solution并且选择
Insert>Deformation>Total
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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
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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)
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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
excel方差函数excelsd函数已知函数 2 f x m x mx m 2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载
–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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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压力作为时间的函数
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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
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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
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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