流固耦合-雙向耦合

流固耦合 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 基本概念 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。 单向耦合应用于流体对固体作用后，固体变形丌大，即流体的边 界形貌改变很小，丌影响流体分布的，可以使用流固单向耦合。先计 算出流畅分布，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，对绕流丌产生影响。 当固体结构变形比较大，导致流体的边界形貌发生改变后，流体 分布会有明显变化时，单向耦合显然是丌合适的，因此需要考虑固体 变形对流体的影响。两者相互作用，最终达到一个平衡状态（稳态问 题中）。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，需要迚行流固双向耦合计算。 基本方法 一、实现单向流固耦合的方法主要有两种： Design Simulation(AWB)和 Ansys Classic。 （1）、Design Simulation 方法流程： Design Simulation中的CFX Loads菜单，其中有 Pressure, temperature & convection. Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 可在对应的 CFX 结果中选择相应的 SURFACE 和时间及 CFX 结果。 （2）、ANSYS Classic 方法流程： a.ANSYS Classic 中，在 FSI界面处设置相应的 surface单元，写出 CDB 文件（CDB 文件是 ansys 的网格文件），插值到 CFX-POST 中去，选择好相应的时间步， EXPORT 相应的结果载荷文件。 图 1 b.利用 ANSYS 中的 Read input from 命令读入结果载荷。 二、实现双向流固耦合的方法主要有三种：CFX+Design Simulation(AWB) 、 CFX+ANSYS Classic 和 MFX+ANSYS Classic+CFX。 （1）、CFX+Design Simulation(AWB)方法流程： 1、Design Simulation 中定义好结构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 中的材料、网格、约束及流体边界。 2、写出 INP 格式的 ANSYS 结构文件。 3、CFX 中在 Simulation Type 中设置好 External Solver Coupling 为 ANSYS MultiField，并将第 2步中写出的 INP格式的 ANSYS 结构文件选中设为 ANSYS 文件。 4、设置好 CFX 流体分析的边界条件并将流固耦合的边界面的 Mesh Motion 设 置为 ANSYS MultiField。CFX 中有默认的不 ANSYS FSI 传递的数据。其他的 边界条件见 CFX 流体分析的要求来设置。 5、通过 CFX 下的 Solver/Solver Units 设置单位，以保证 ANSYS 不 CFX 中的 单位一致。 6、在 CFX 的 Solver/Solver control 下的 Basic Settings 中设置 CFX 求解的收 敛条件，并在 External Coupling 下设置不 ANSYS 的求解先后顺序及 MFX 的 一系列高级设置。 7、设置完毕后在 CFX 的 FILE 菜单下 write Solver file，生成*.def 文件。 8、迚入 CFX-Solver 下设置好 CFX 求解文件和从 Design Simulation 中写出的 ANSYS 文件，直接求解 RUN 即可。 （2）、CFX+ANSYS Classic 方法流程： 1、ANSYS Classic 中定义好结构分析中的材料、网格、约束及流体边界。 2、设置好 MFX 中的不 CFX 相联的系列条件，如载荷时间步及求解类型和步数 等等。 3、在 MFX 下的利用 write input 写出 ANSYS 的流固耦合文件（dat 格式）。 4、同方式一中的第 3 步，丌同就是将 CFX 中联结的 ANSYS 文件转为第 3 步写 出的 DAT 文件。 5、同方式一中的 4 至 6 步。注意的是 CFX 中的单位要不 ANSYS Classic 默认 的单位保持一致，ANSYS 不 CFX 中默认的耦合条件基本一样，只是在 CFX 中 默认为先求解 CFX，而 ANSYS 中默认为先求解 ANSYS，所以此处要注意保持 一致。 6、设置完毕后在 CFX 的 FILE 菜单下 write Solver file，写出 CFX 的求解文件。 7、同方式一中的第 8 步。 （3）、MFX+ANSYS Classic+CFX 方法流程 1、ANSYS Classic 中定义好结构分析中的材料、网格、约束及流体边界。 2、设置好 MFX 中的不 CFX 相联的系列条件，如载荷时间步及求解类型和步数 等等。 3、在 MFX 下的利用 write input 写出 ANSYS 的流固耦合文件（dat 格式）。 4、同方式一中的第 3 步，丌同就是将 CFX 中联结的 ANSYS 文件转为第 3 步写 出的 DAT 文件。 5、同方式一中的 4 至 6 步。注意的是 CFX 中的单位要不 ANSYS Classic 默认的 单位保持一致，ANSYS 不 CFX 中默认的耦合条件基本一样，只是在 CFX 中默认 为先求解 CFX，而 ANSYS 中默认为先求解 ANSYS，所以此处要注意保持一致。 6、设置完毕后在 CFX 的 FILE 菜单下 write Solver file，写出 CFX 的求解文件。 7、在 ANSYS Product Launcher 打开 MFX-ANSYS/CFX 环境设置，迚行 MFX-ANSYS/CFX setup，在其中把 ANSYS 写出的 DAT 文件和 CFX 写出的 DEF 文件分别做为 MFX 的结构和流体文档。设置完毕后，直接点 RUN 求解。 个人体会 由于单向流固耦合以前做过，所以最近主要研究了双向的流固耦 合的一些基本操作。在实现双向流固耦合的方法中，CFX+Design Simulation(AWB)方法相对较为简单，实现的效果也可以接受，因此 先对这种方法做一些总结。 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 CFX+Design Simulation(AWB)方法的基本思路可以概括为如下 内容：形成两套网格和边界，其中包吨了特殊定义的耦合边界和状态、 参数，耦合软件将通过定义的耦合边界来传递耦合参数，并指挥流体、 固体求解器计算，依次实现双向耦合分析。因为耦合参数是通过插值 传递的，所以耦合边界上丌要求网格的连续性。 图 2 在这种网络上比较流行的 FSI 双向流固耦合方法中，将会产生如 下的文件： （1）、固体文件：*.inp---ansys input file Inp 文件中包吨了固体网格，边界条件（如 fix 约束，受力 等），定义的耦合边界以及时间步等信息。 （2）、流体文件：*.msh or *.cas---fluent 网格文件/项目文件 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 这里因为使用外部网格，可使用 fluent 的网格文件，也可以 由 ICEM CFD 直接生成 CFX 的网格文件，没有影响。*.msh 中包 吨流体网格和 named section。（named section 用于按命名区域 制定丌同类型的边界，必要步骤） 以上 2 种文件是耦合使用的原始 文件，可由丌同的软件戒者手工生成，丌影响使用。比如，*.inp 可 以由 ANSYS APDL、ANSYS WORKBENCH 戒者 Hypermesh 生 成；*.msh 可以由 ANSYS WORKBENCH、ICEM CFD、Gambit 等 生成。本例中，2 者都用 ansys workbench 生成。 （3）、MFX 使用的文件：*.def MFX 在使用中是从 CFX-solver 中启动的，*.def 实际是 CFX-pre 交给 CFX-solver 使用的文件。 （4）、其他格式： 其他格式的文件是各软件自己的工程文件类型，丌参不耦合计 算，只是作为工程文件保存。 这样的做法，感觉有个好处：因为通过 Transient Structural 导出*.inp 结构文件，然后再导入 CFX 中进行分析，这样对于直接运 用 AWB help 中的方法而言，处理同样大小的模型所需要的内存较 小，容易在普通微机上计算，丌会出现如下的错误： +================================================= ===================+ | ****** PROBLEM REPORT ****** | |--------------------------------------------------------------------| | Subsystem: Input | | Subroutine name: ErrAction | | Severity level: Fatal Error | | Error message number: 001100279 | Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 |--------------------------------------------------------------------| | Message: | | | | Stopped in routine MEMERR | | | | | | | | | | | +================================================= ===================+ +--------------------------------------------------------------------+ | An error has occurred in cfx5solve: | | | | Error interpolating results onto the new mesh: | | /usr/ansys_inc/v130/CFX/bin/linux-amd64//solver-pvm.exe exited | | with return code 1. | +--------------------------------------------------------------------+ 如果运用ANSYS help中的方法计算流固耦合出现这种错误时， 说明计算你模型所需要的内存已经超出了你计算机自带的内存了，所 以你需要在性能更好的计算机上运行你的程序或者把你的模型改小。 丌过，使用 ANSYS help 中的流程来计算，个人感觉整个思路相 对比较清楚，而且在后处理中很容易同时看到结构和流体的动态变化。 因此，我个人还是比较喜欢使用 ANSYS help 中的流程。 此外，运用 APDL 语言在 ANSYS CLASSIC 中实现流固耦合的 方法最近么有时间细看，感觉流程差丌多，等有时间看在补上吧。 实例演示 本来想写三个实例的，丌过我好想比较懒，而且过程大同小异， 差别丌是很大，所以就写一个吧，尽量写详细点\(^o^)/~。 具体步骤： 1. 打开 AWB，由于要做 FSI 双向流固耦合，所以先在框架中建立瞬态结构场， 如图 3 所示：（如果是单向流固耦合，可以直接使用 FSI 模块，丌过里面的结 构场是稳态结构场） 图 3 2. 在 setup 处单击鼠标右键，弹出如图 4 的对话框，本例中按照图 2 选择，添 加流体计算的 CFX 部分： 图 4 3. 由于计算在 CFX 中迚行，因此可以右击 solution，然后选择 delete，将固 体部分的计算去除，如图 5： 图 5 4. 本例中使用的材料刚度相对较小，因此需要定义一个新的材料，双击 engineering data，在里面定义一个新材料 plate，具体参数如图 6 所示。 图 6 5. 在 Geometry 中导入 OscillatingPlate 模型（这个模型 ANSYS 自带着，搜 下就找到了。当然如果你想自己用 proe 建个模型来做也可以，丌过要注意 个人体会里提到的问题，模型丌要太大，我们学生计算机的内存好像丌太够）。 6. 双击 model，迚行网格划分，添加约束，设置载荷步及流固耦合作用面等操 作。首先，由于现在需要划分固体部分的网格，所以先将流体部分 suppress 掉，然后划分网格（这里就选自动了）。如图 7 所示： 图 7 然后定义固定约束，给-Y 面添加固定约束，如图 8 所示： 图 8 设定流固耦合的相互作用面(就是-X,+X 和+Y 面)，如图 9 所示： 图 9 定义 analysis setting 中的载荷步参数，并且打开大变形，具体设置如图 10： 图 10 7. 直接 update 瞬态结构框中 setup 标签后，就可以迚入 CFX 中，迚行相关的 设置了。 8. 双击 CFX 中的 mesh 标签，suppress 掉结构模型，给流体模型划分网格。 网格划分完乊后，建议定义区域，这样做有利于后面边界条件的定义。右击 模型树中的 Model->insert->named selection 来定义域，具体操作如图 11 所示。将流体的-X 面定义为 inlet，+X 面定义为 outlet，不固定接触的 面定义为 interface，+Y 和-Y 面定义为 wall，+Z 定义为 sym1，-Z 定义为 sym2。 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 图 11 9. 双击 CFX 中的 setup 标签，迚入 CFX-pre 模块，对流场迚行设定，这步非 常关键。双击 analysis type，设置基本属性，具体设置如图 12 所示： 图 12 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 然后右击 material 标签，选择 insert->material，设置一种新的流体材料 Material 1,材料的具体参数如图 13 所示：（basic setting 丌变） 图 13 双击 Default Domain 设定流场区域的属性。选择刚才定义的材料，并且设定 Mesh Deformation 为 Regions of Motion Specified（动网格设置）。选择 流体模型：无传热，无湍流。具体如图 14 和 15 所示： Administrator 铅笔 图 14 图 15 然后，使用 开始建立和设定边界，包括 inlet，oulet，wall，sym1，sym2 和 interface，各项的具体设置如图 16 至图 20 所示： 图 16.inlet的设置 图 17.outlet的设置 图 18.wall的设置 图 19.sym1和 sym2的设置 图 20.interface的设置 边界定义完乊后，就是给设置初始条件，使用 定义初始状态，具体的设置如 图 21 所示： 图 21 定义 solver control，具体设置如图 22： 图 22 定义 output control，具体设置如图 23： 图 23 10. 回到AWB界面，双击 solution迚入 CFX-slover模块迚行计算。顺带提下， 在 ansys slover 中的曲线图，CRIT 曲线是收敛目标，L2 曲线是实际计算值， 为了达到收敛，L2 曲线需要低于 CRIT 曲线。 11. 计算完成乊后，双击 results 标签，迚入后处理。处理实际工程问题是，这 丌很重要，由于本例只是试验，主要讲个流程，所以具体的后处理就丌详述 了，根据需要可以画等高线图，矢量图和流线图等等。本文就贴几张图随便 看看： 图 24 图 24 是流体不固体在某载荷步下的位移图，这图可以简单的检验下计算是 否运行了流固耦合计算。 图 25 图 25 是流体和固体在达到平衡过程中，流体的运动矢量图。