1、打开ANSYS Workbench, 拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。
2 2、打开第一个模块当中的Geometry，建立几何模型：
（1）在XY Plane内建立Ship Shell
船长：0.4、船宽：0.14、型深0.11
将第一个Solid重命名为Ship Solid
在Concept中选择Surfaces From Faces，选中模型的六个面，然后Apply、Generate。
重命名第二个Ship Solid为Ship Shell
右击Ship Solid, 选择Hide Body，显示Ship Shell, 然后对Ship Shell执行同样操作（即隐去）
（2）在YZ Plane内建立液舱
单击（New Plane），选择YZ plane，，Apply一下
将YZ Plane 向X正方（图中为法向，即Z）向偏移0.02m
Generate一下，然后Show body 一下Ship Solid 与Ship Shell
可以看到YZ Plane已平移到Body内了
再将Ship Solid 与Ship Shell 都Hide，选择Plane 4，调为正视，Generate一下
新建一个Sketch：单击，显示，在此Sketch中建立液舱模型草图
单击约束（Constrains），将草图中的“水平线”调整为水平，“垂直线”调整为垂直：
事实上仅用Horizontal（水平）和Vertical（垂直）就OK了。以水平约束为例，先单击Horizontal，再依次单击草图中的水平线段。调整后如下图所示：
定义尺寸：
左下角空缺的部分是预留贴“应变片”的部分，需要单独建模
单击Extrude（拉伸），设置Operation（下拉列表中改选为Add Frozen）与拉伸尺寸（0.1m）：
然后Generate一下
将第三个Solid重命名为Fluid，拉伸后的效果如下：
再新建一个Sketch，显示，在空缺处画一个长方形，然后拉伸0.1m，（其中Operation属性同样选为Add Frozen），Generate一下，同样把第四个Solid重命名为Fluid
建立舱壁：在Concept中选择Surfaces From Faces，选中除“应变片”外的其余9个面
图中“应变片”显示为未着色，即不选中，然后Generate一下
将第五个Fluid重命名为Fluid Shell
再Surfaces From Faces一次，选中“应变片”，Apply，Generate，同样将其重命名为Fluid Shell
选中Fluid（内流场），将其属性改为Fluid，（Fluent中默认均为Solid）
选中“内流场”，右击，选择Form New part，并重命名为Fluid
再选中舱壁（Fluid Shell）
也组成一个part，并重命名为Fluid Shell
到此，液舱（内流场与舱壁）就建完了，然后将二者都执行Hide body
（3）在ZX Plane内建外流场
选择，调整为正视，旋转坐标系
先确定外部尺寸，再确定内部尺寸：外部流场关于坐标轴（横轴）对称，两边各距离横轴
0.3m，前后距离纵轴距离分别为：0.3m、3.14m. 内部为船体位置，横向（船宽）为0.14m、纵向（型深）为0.11m
拉伸（Extrude）一下，拉伸长度为船长，即0.4m ，其中Operation选择Add Frozen，Generate 一下
图中显示外流场把船体的位置给空了出来，将重命名为Out Fluid，同时将属性改为Fluid
接下来进行流场切分（Slice）：
在Tools中选择Freeze，产生透明效果
单击Slice（或者在Create中单击Slice），在Slice Type中选择Slice by surface，点击Target Face，选中船体所在位置（即图中外流场所空出来的位置）内侧某一个面（以左侧面为第一个面为例），Appy一下。在Slice Targets中选择Selected Bodies，点击一下Bodies，选中外流场，Apply一下，再Generate，此时外流场就被分为两部分。再分别以船体所在位置内侧（以逆
时针）第二、第三、第四个面为Target Face，同样进行切分操作。最终结果如下所示：
外流场被切分成8个体
将这8个体组成一个part，并重命名为Out Fluid：
将Ship Solid、Ship Shell、Fluid及Fluid Shel l部分同时show body，可以看到整个模型（包
括外流场、船体、液舱及内流场）
至此，几何模型建立完毕，退出，在project中保存，命名为try-2015.12.07
3、材料设置
点击打开Engineering Data，单击，选择，在
表中找到结构钢（Structural），右击，选择Add to B2，单击返回
设置Structural Steel 1的材料参数（这里只对Density（密度）和Young’s Modulus（弹性模量）进行设置）：
表中找到以下两个参数，并照此设置
这代表刚性
同样对Structural Steel 2进行设置，密度一样，弹性模量改为2E+10，这表示为弹性（相对Structural Steel 1）
单击，回到Project，并保存
4、网格划分与加载
（1）点击Model，即打开
将Ship Solid、Fluid、Out Fluid进行Suppress，点击Ship Shell，进行如下设置
点击Fluid Shell，把子项中全部选上，进行如下设置
Hide一下Ship Shell，先划液舱的网格
右击mesh，在Insert中选sizing，先选中除与“应变片”共边的其他10条边
这样，网格单位长度为0.01m
再选中剩下的两条边（除去了与“应变片”共部分），每条边撒9个点（由于“应变片”边
长也为0.01m）
Show 一下Ship Shell，同样对Ship Shell划分网格
先对船长方向的四条边划分，等分为36份
再同时选中剩下的8条短边，等分为10份
右击mesh，在Insert中选Method，在模型框（蓝底）中右击，选Select All，Apply一下右击mesh，左击Generate Mesh，生成网格
若需查看液舱的网格，则Hide一下Ship Shell，再单击一下mesh即可
（2）约束及时间步长的设置
单击Analysis Settings，然后进行如下设置
施加重力：单击，选择Standard Earth Gravity
施加3个流固耦合：单击，选择Fluid Solid Interface，重复操作3次
单击第一个Fluid Solid Interface，选中液舱的6个面（“应变片”处不要选），Apply 单击第二个Fluid Solid Interface，选中“应变片”，Apply
Show一下Ship Shell
单击第三个Fluid Solid Interface，选中长边所在的四个面，Apply
再选中Ship Shell的全部短边所在的两个面，单击，选择Displacement
在Detail of Displacement 中限制Y方向位移为0，其他不作设置（这是因为浪沿着x方向，按理y方向不应该有位移）
横摇角的测量：先测出两个点在Z轴方向的位移，其位移差除以船宽，再进行一个反正弦
运算即可得到横摇角（弧度值，若需要度数，则还需乘以360再除以2），具体操作方法为：
右击Solution，如下选择
定义两个：
点击第1个Deformation Probe，选中第1个点（图中所示），Apply
并在具体属性中设置
点击第2个Deformation Probe，选中第2个点（图中为第一个点右侧的点），Apply，同样在具体属性中设置
监测模型的应力应变：右击Solution，如下选择
再右击Solution，如下选择
得到应变与应力监测模块
至此，结构模块设置结束，退出Mechanical，右击Model，单击update，对setup执行相同的操作，保存一下，然后退出
（3）流体部分的网格划分
点击Fluid Flow下的Mesh，进入流体域的网格划分
在流体域中不对结构部分设置，故须将结构部分Suppress ，只保留Fluid和Out Fluid
先划分内流场（Fluid）的网格，故将外流场（Out Fluid）Hide一下划分网格的具体步骤不再赘述，看图即可
接着
然后Show一下Out Fluid，同时Hide一下Fluid
从左往右划分
Then
这部分网格我们定义的是由密到疏，但是划出来后发现有个别边的渐变与定义恰恰相反，这个问题可以通过Detail of Edge Sizing下的Reverse Bias来解决，点一下Reverse Bias右边的选项框，然后同时选中变化相反的几条边，Apply一下即可（以后遇到类似的问题即可用此
功能解决，这个功能在15.0及以上的版本中都有）
Then
这部分是最上面的
Then
这部分是最下面的
Then
这部分是中间的（要求船舶运动具有较好的精度，需加密网格）
Then
这部分是外流场宽度方向的网格，划分的时候可将坐标系旋转至合适位置
Show一下Fluid
右击Mesh，在Insert中选择Mapped Face Meshing，在模型所在蓝色区域右击，选择Select All，Apply一下；在工具栏中单击Generate Mesh（或在Mesh中找到Generate Mesh）
注：生成网格后可能会发现网格仍然不整齐或者部分区域变形严重等现象，我在初次做这个例子的时候也遇到这个问题，经检查发现，网格本身划分没错误，规整六面体网格类型的设
置也是对的，但若将所有的Behavior选项选为soft的话就会出现这种情况，当改选为hard 时，重新生成一次网格就正常了。
（4）流体域边界定义
在上一项的基础上，将Out Fluid 隐去，在Fluid中进行如下操作
空出“应变片”
在蓝色区域右击，选择Create Named Selection，命名为FSI1（对应于结构模块中的Fluid Solid Surface1）
用同样的方法定义“应变片”为FSI2
Show一下Out Fluid，为便于查看，可以点一下mesh，再点一下
选中与船相邻的4个面
用上述同样的方法命名其为FSI3
用同样的方法
将Out Fluid顶部的面选中，并命名为Out
将Out Fluid首部（面）选中，并命名为moving wall （推板）
将Out Fluid底部的面及尾部（面）选中，并命名为wall
分别将Out Fluid前面及背面选中，分别命名为sym1和sym2（意思是对称面或镜像面）
至此，流体域的网格划分及设置结束，退出，回到Project，update一下mesh，保存，退出Project
将已保存好的try-2015.12.07文件夹复制，将副本的尾缀“副本”改为fuben，后续设置及计算在副本中进行
5、Fluent中的流场参数设置及初始化
在副本中打开Fluent，即点击Fluid Flow模块下的setup，如下图，选择Parallel（并行计算）
然后点击OK，进入Fluent （按四核配置进行设置，如果是单核的话，选择Serial即可）
这部分设置相对容易，由于没有李辰师兄的UDF，就不作赘述了，详细设置过程参照李辰师兄讲解此例的视频（从第45分43秒至第1小时04分54秒）
设置完后退出并保存
6、流固耦合设置（System Coupling）
点击System Coupling模块下的，进入流固耦合设置，设置过程
很简单：第一个需要设置流固耦合迭代时间步长，须跟Mechanical和Fluent中保持一致，为减少计算时间，迭代次数选择默认（减少迭代次数，计算精度也会下降）；第二个需要设置的是建立流固耦合联点，保证数据传递的双向性。设置完以后点击update project，然后开始进行流固耦合计算，这一部分的设置过程及后处理详见李辰师兄的视频讲解，在这就不赘述了
本文根据李辰师兄的视频讲解撰写，重点在于学习流固耦合的模型建立，希望对大家有所帮助
流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者相互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。 流固耦合问题可由其耦合方程定义，这组方程的定义域同时有流体域与固体域。而未知变量含有描述流体现象的变量和含有描述固体现象的变量，一般而言具有以下两点特征：1）流体域与固体域均不可单独地求解 2）无法显式地削去描述流体运动的独立变量及描述固体现象的独立变量 从总体上来看，流固耦合问题按其耦合机理可分为两大类: 第一类问题的特征是耦合作用仅仅发生在两相交界面上，在方程上的耦合是由两相耦合面上的平衡及协调来引入的如气动弹性、水动弹性等。 第二类问题的特征是两域部分或全部重叠在一起，难以明显地分开，使描述物理现象的方程，特别是本构方程需要针对具体的物理现象来建立，其耦合效应通过描述问题的微分方程来体现。 实际上流固耦合问题是场（流场与固体变形场）间的相互作用：场间不相互重叠与渗透其耦合作用通过界面力（包括多相流的相间作用力等...）起作用，若场间相互重叠与渗透其耦合作用通过建立不同与单相介质的本构方程等微分方程来实现。 （1）试列举出至少三个经典的加权残值方法，并简述伽辽金法的基本思想。 最小二乘法、配点法、子域法、伽辽金法、矩量法； 伽辽金法采用微分方程对应的弱形式，其原理为通过选取有限多项式函数（又称基函数或形函数），将它们叠加，再要求结果在求解域内及边界上的加权积分（权函数为势函数本身）满足原方程，便可以得到一组易于求解的线性代数方程，且自然边界条件能够自动满足。 应用这种方法可以将求解微分方程问题（通过方程所对应泛函的变分原理）简化成为线性方程组的求解问题。而一个高维（多变量）的线性方程组又可以通过线性代数方法简化，从而达到求解微分方程的目的。 （2）与有限元方法（finite element method）相比无网格方法（Mesh-less method）有何优势？
ANSYS流固耦合计算实例 Oscillating Plate with Two-Way Fluid-Structure Interaction Introduction This tutorial includes: , Features , Overview of the Problem to Solve , Setting up the Solid Physics in Simulation (ANSYS Workbench) , Setting up the Fluid Physics and ANSYS Multi-field Settings in ANSYS CFX-Pre , Obtaining a Solution using ANSYS CFX-Solver Manager , Viewing Results in ANSYS CFX-Post If this is the first tutorial you are working with, it is important to review the following topics before beginning: , Setting the Working Directory , Changing the Display Colors Unless you plan on running a session file, you should copy the sample files used in this tutorial from the installation folder for your software (
文章编号:1671-3559(2004)02-0123-04 收稿日期:2003-12-03 基金项目:山东省科学技术发展计划资助项目(012050107);山 东省自然科学基金资助项目(Y 2002F19) 作者简介:郭术义(1971-),男,山东济南人,山东大学机械工 程学院博士研究生。 流固耦合应用研究进展 郭术义,陈举华 (山东大学机械工程学院,山东济南250061) 摘 要:流固耦合力学是一门新兴学科。本文简要介绍了该学科的典型应用进展情况,总结了各种研究中的典型方程、数值解法,展望了进一步发展的趋势。关键词:流固耦合;数值模拟;展望中图分类号:O35112;O34717 文献标识码:A 流固耦合力学是一门比较新的力学边缘分支, 是流体力学与固体力学二者相互交叉而生成的。它的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用:固体在流体动载荷作用下产生变形或运动,而固体的变形或运动又反过来影响到流场,从而改变流体载荷的分布和大小。总体上,流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。本文就流固耦合问题的两大分类中三种基本情况进行了讨论。 1 流固耦合典型应用 流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。如液体晃动对火箭飞行稳定性的影响,大型贮液管在地震激励作用下产生的流固耦合作用,液体湍振对输液管道的影响。本文就如下三个大方面进行了总结。1.1 输流管道流固耦合 流体引起输流管道振动的研究最初来源于横跨 阿拉伯输油管道振动的分析[1]。管道在众多的工业领域中应用十分广泛,作用极其重要。但是,在管道 内流体流动状态的微弱变化往往引起在工作过程中的湍振现象,诱发流体、管道之间的耦合振动,动力学行为相当复杂。这使得人们很早就开始了这方面的研究,Paidoussis M P [2]是其中最具有代表性的。输流管道的振动问题之所以能引起学者的兴趣,除因为该问题的广泛工业背景和现实意义之外,还因为输流管道虽然是最简单的流固耦合系统,但它却涉及了流固耦合的大多数问题,并且它的物理模型简单,系统比较容易实现,因而便于理论与试验的相互协同。 考虑因素侧重面的不同,输液管道非线性运动方程有几种类型[3-5],它们之间有一定的差别。它们的基本假设都是:流体无粘且不可压;管道作为梁模型来处理;管道只是在平面内振动。尽管输流管道的非线性动力问题受到50多年极为广泛的研究,但至今尚没有一个公认的模型。文[6]建立的4个独立变量(轴向位移、横向位移、流速和压力)的全耦合模型(耦合形式包含摩擦耦合、P oiss on 耦合、结合部耦合以及管道轴向和横向运动的耦合)在众多的非线性分析模型中是一个较为完整的模型。 m ¨u +m f [ υf (1+u ′)+2υf u ′+υ2 f u ″+ ωυ′f ]+ P (υf + u )/c 2F -[(1-2υ)P (1+u ′)]′+4f ρf ρ′?υ2f /DK -gm f (1-2υ)(1+u ′)ω′-EI (7ω″ω +ω′ ω )-E A p (2u ″+6u ′u ″+2ω′ω″ )/2=0(1)m ¨ω+m f [ υf (1+ω′)+2υf ω′+υ2f u ″+ω″υ2 f ]+ P (υf + ω)/c 2F -[(1-2υ)P ω′]′-gm +EI ω″″-EI (u ′ω′+6u ″ω +4u ′ω ′)-E A p (u ″ω′+u ′ω″ )=0(2) P /c 2F +m f [(1-2υ)( u +υf )u ″- u ′+υ′f ]-m f (1-2υ)( u ′+u ′ u ′+ω′ ω′ )=0(3)P ′+m f (¨u + υf )+m f ¨ωω′+gm f ω′+Df ρf υ2 f /2=0 (4)随着对输流管道问题研究的深入,各种不同的 分析计算方法也相继被提出。其中有限元法(FE M ) 第18卷第2期2004年6月 济南大学学报(自然科学版) JOURNA L OF J I NAN UNI VERSITY (Sci.&T ech 1) V ol.18 N o.2 Jun.2004
有问题可以发邮件给我一起讨论xw4996@https://www.doczj.com/doc/368238935.html, FSI流固耦合命令求解流固耦合问题 使用ANSYS计算结构在水中的模态时, FLUID29,FLUID30单元分别用来模拟二维和三维流体部分,相应的结构模型则利用PLANE42单元和SOL ID45等单元来构造，其中，PLANE42和SOL ID45分别是用来构造二维和三维结构模型的单元。FLUID30是流体声单元,主要用于模拟流体介质及流固耦合问题。该单元有8 个节点,每个节点上有4 个自由度,分别是XYZ上3个方向位移自由度和1个压力自由度,为各向同性材料。输入材料属性时,需要输入流体的材料密度(作为DENS 输入)及流体声速(作为SONC输入),流体粘性产生的损耗效应忽略不计。FLUID29是FLUID30单元在二维上的简化，少了一个Z向的位移。SOLID45单元用于构造三维实体结构。单元通过8 个节点来定义,每个节点有 3 个沿着XYZ方向平移的自由度。PLANE42是SOLID45单元在二维上的简化。 在利用ANSYS建模分析时,流场域单元属性分为2种,由KEYOPT(2)(指定流体和结构分界面处结构是否存在) 控制,在流固耦合交界面上的单元KEYOPT(2) = 0 ,表示分界面处有结构,其他流体单元KEYOPT(2)=1,表示分界面处无结构。流体-结构分界面通过面载荷标志出来,指定FSI label可以把分界面处的结构运动和流体压力耦合起来,分界面标志在分界面处的流体单元标出。 数值分析的步骤 1) 建立流体单元的实体模型。建立流体模型,需要确定流体域的范围,可以把无限边界流体简化成流体区域的半径为固体结构半径的10倍。 2) 标记流固耦合界面。选取流体单元中流固交界面上的节点,执行FSI 命令,流固耦合交界面的处理:流体与固体是两个独立的实体,在划分单元时在两者交界面上的单元网格要划分一致,这样在交界面上的同一位置一般就有两个重合的节点,一个节点属于流体单元,一个节点属于固体单元,这两个重合节点在交界面的位移强制保持一致。 3) 建立固体结构实体模型。建立固体结构模型，定义单元属性，采用映射方式进行网格的划分。 4) 施加约束条件。由于流体区域的尺寸远大于固体结构尺寸，故可以不考虑流体液面的重力的影响，将流体边界处的单元节点上施加压力(PRES) 为零的约束。因为选择的算例为悬臂结构，在固体结构底部加全约束。 5) 选择求解算法，进行求解。定义分析类型为模态分析，设定提取频率阶数和提取模态的方法。因为耦合问题的刚度矩阵，质量矩阵都不对称，需要采用非对称矩阵法(UNSYMMETRIC)求解。 6) 查看结果。进入后处理模块，查看结构模型的频率及振型。 以半浸没与水中的桥墩模态问题为背景，并假设： 1. 桥墩为实心等截面的实体，实际桥墩模型应该是空心壳体，截面尺寸也 非常复杂，因而需要分块划分单元。
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。
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2007年第九届全国振动理论及应用学术会议论文集 杭州,2007.10.17-19 车室内部声场的声—振耦合分析 左言言 张焱 刘海波 （江苏大学振动噪声研究所 江苏 镇江 212013） 摘 要：本文首先建立了汽车车身结构的有限元模型，对车身进行了有限元计算模态分析；然后建立了 车室空腔声场的声学有限元模型，利用结构及声场动态分析技术，计算出车室空腔声场的声学模态，对该 车身结构的动态特性、车室空腔声场的声学特征进行了研究。在此基础上，分析了声—振耦合系统在发动 机激励下的声学响应，为控制车内的低频噪声指明了方向。 关键词：声场；有限元分析；模态分析；声学响应 Sound-vibration Coupling Analysis on the Interior Sound Field of Vehicle Cabin ZUO Yan-yan ，Zhang Yan ，Liu Hai-bo （Institute of Noise and Vibration, Jiangsu University, China 212013） Abstract: The finite element model was established of a vehicle body at first, and the computed modal analysis was conducted. Then the acoustical finite element model of the vehicle cabin cavity was also established, and its acoustical modal was computed with dynamical analysis techniques on structure and acoustics. The dynamic characteristics of the vehicle structure and the acoustic features of the vehicle cabin cavity were studied here at same time. Based on the analysis above, acoustical response analysis of the sound –vibration coupling system of the cabin cavity was carried out, the results could be valuable for the low frequency noise control of the vehicle interior sound field. Key words : sound field; finite element analysis; modal analysis; acoustical response 1 有限空间声－振耦合基本理论 在充满介质的有限空间中，有一振动物体向周围辐射噪声，由牛顿定律可知，周围介质 也对这一物体也产生反作用，这种相互作用的综合影响称为耦合作用。其数学形式可表述为: 假设体积为V 的任意形状空间，包围该空间的结构总面积为A ，其中弹性、吸收、刚性表面 分别为r A 、αA 、s A ，根据波动理论，该空间内的声压波动方程和边界条件分别为 [1，2]: 012222=????t p c p (1) ????????????=?????=??=??（吸收表面）（弹性表面）（刚性表面）t p Z n p t n p n p a f f ρωρ220 （2） 其中2?为Laplace 算子，p 为声压，c 为介质中的声速，t 为时间，n 为壁面单位外法
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。
一般说来，ANSYS的流固耦合主要有4种方式： 1，sequential 这需要用户进行APDL编程进行流固耦合 sequentia指的是顺序耦合 以采用MpCCI为例,你可以利用ANSYS和一个第三方CFD产品执行流固耦合分析。在这个方法中，基于网格的平行代码耦合界面(MpCCI) 将ANSYS和CFD程序耦合起来。即使网格上存在差别，MpCCI也能够实现流固界面的数据转换。ANSYS CD中包含有MpCCI库和一个相关实例。关于该方法的详细信息，参见ANSYS Coupled-Field Analysis Guide中的Sequential Couplin 2，FSI solver 流固耦合的设置过程非常简单，推荐你使用这种方式 3，multi-field solver 这是FSI solver的扩展，你可以使用它实现流体，结构，热，电磁等的耦合 4，直接采用特殊的单元进行直接耦合，耦合计算直接发生在单元刚度矩阵 一个流固耦合的例子 length=2 width=3 height=2 /prep7 et,1,63 et,2,30 !选用FLUID30单元，用于流固耦合问题 r,1,0.01 mp,ex,1,2e11 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 mp,dens,2,1000 !定义Acoustics材料来描述流体材料-水 mp,sonc,2,1400 mp,mu,0, ! block,,length,,width,,height esize,0.5 mshkey,1 ! type,1 mat,1 real,1 asel,u,loc,y,width amesh,all alls ! type,2 mat,2 vmesh,all
流固耦合概述及应用研究进展 摘要 流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支。顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid．solid interaction)：变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。总体上 , 流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上 ,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起 ,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。 1 流固耦合概述 1．1引言 历史上，人们对流固耦合现象的早期认识源于飞机工程中的气动弹性问题。Wright兄弟和其它航空先驱者都曾遇到过气动弹性问题。直到1939年二战前夕，由于飞机工业的迅猛发展，大量出现的飞机气动弹性问题的需要，有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。从而，气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支。如果将与飞机颤振密切相关的气动弹性研究作为流固耦合的第一次高潮的话，则与风激振动及化工容器密切相关的研究可作为流固耦合研究的第二次高潮。 事实上，从美国ASME应用力学部召开的历次流固耦合研讨会上可以看出，流固耦合问题涉及到很多方面。比如：空中爆炸及响应，噪声相互作用问题，气动弹性，水弹性问题，充液结构内的爆炸分析，管道中的水锤效应，充液容器的晃动及毛细流中血细胞的变形，沉浸结构的瞬态运动，流固相互冲击，板的颤振及流体引起的振动，圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统，声音与结构的相互作用，涡流与结构的相互作用，机械工程中的机械气动弹性问题等等。 1.2流固耦合力学定义和特点 流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的--I'l力学分支。顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用（fluid-solid interaction)．变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。流固耦合问题可由其耦合方程来定义，这组方程的定义域同时有流体域与固体域，而未知变量含有描述流体现象的变量及描述固体现象的变量，一般而言，具有以下两点特征： a)流体域或固体域均不可能单独地求解； b)无法显式地消去描述流体运动的独立变量或描述固体运动的独立变量。 1．3流固耦合力学涉及领域及分类 流固耦合问题涉及到很多方面。比如：工程实际中所涉及到的流固耦合问题，
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
1、打开ANSYS Workbench, 拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。 2 2、打开第一个模块当中的Geometry，建立几何模型： （1）在XY Plane内建立Ship Shell 船长：0.4、船宽：0.14、型深0.11 将第一个Solid重命名为Ship Solid 在Concept中选择Surfaces From Faces，选中模型的六个面，然后Apply、Generate。 重命名第二个Ship Solid为Ship Shell 右击Ship Solid, 选择Hide Body，显示Ship Shell, 然后对Ship Shell执行同样操作（即隐去）
（2）在YZ Plane内建立液舱 单击（New Plane），选择YZ plane，，Apply一下 将YZ Plane 向X正方（图中为法向，即Z）向偏移0.02m Generate一下，然后Show body 一下Ship Solid 与Ship Shell 可以看到YZ Plane已平移到Body内了 再将Ship Solid 与Ship Shell 都Hide，选择Plane 4，调为正视，Generate一下 新建一个Sketch：单击，显示，在此Sketch中建立液舱模型草图
单击约束（Constrains），将草图中的“水平线”调整为水平，“垂直线”调整为垂直： 事实上仅用Horizontal（水平）和Vertical（垂直）就OK了。以水平约束为例，先单击Horizontal，再依次单击草图中的水平线段。调整后如下图所示： 定义尺寸： 左下角空缺的部分是预留贴“应变片”的部分，需要单独建模 单击Extrude（拉伸），设置Operation（下拉列表中改选为Add Frozen）与拉伸尺寸（0.1m）： 然后Generate一下
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。
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
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) 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
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