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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。
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。
基于MpCCI 的Abaqus 和Fluent 流固耦合案例mafuyin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。
流固耦合概述及应用研究进展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。
流固热耦合流固耦合是一种复杂的热耦合，它表示流体和固体之间的热耦合。
流固耦合对于了解物理系统的热传导特性是非常重要的，它可以用来模拟控制机械热力学系统中的温度场。
流固耦合现在已经用于多种应用，如发动机温度控制、核能使用等。
流体是由固体的表面蒸发而形成的，流体蒸发热量将有助于将固体面的热量输送至其他空间。
由于流体流动过程中受到热源和热汇的影响，所以流体与固体之间会取得一种耦合状态。
流体与固体之间的热耦合过程就是流固耦合。
流固热耦合由四个环节组成：热源、冷却器、工艺侦测器和控制器。
热源可以通过能量传输，如汽油发动机、内燃机等，将热量输入到流体中。
冷却器能够将流体中的热量输出到外界环境中去。
工艺侦测器用于检测流体的温度，告知控制器机器实际温度，从而使控制器能够进行合理的参数设定来确保热环境平衡。
流固耦合系统中，固体发放热量给流体，流体发放热量给周围环境，而流体及固体温度又影响流体的热传质量。
综上所述，流热耦合的传热系统需要满足热平衡条件，即求得系统中热源、冷却器及其他原件之间的热传质量，以求得最终的热平衡状态。
流固耦合不仅可以通过热传质量控制及求解热平衡状态来应用，还可以用于模拟和控制物理机械系统，从而实现对发动机温度场的控制。
比如，它可以用于汽车、摩托车发动机温度控制，以实现发动机额定温度场，从而防止由于超温造成的发动机故障现象。
此外，核能中也开始应用流固耦合，以减轻给定气温和流速下的热力学效应，减少危害或者提高气流的能量使用效率，使多边热换器系统变得更加先进。
从上述可知，流固耦合体系对控制机械热力系统的温度场有着重要的作用，这一热耦合体系的发展与应用已经越来越普及，在节能环保、发动机控制及核能等多个领域发挥着重要作用。
我们期待未来流固耦合系统会发展得更好，并为社会发展作出更大的贡献。
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。
达尔文档DareDoc分享知识传播快乐ANSYS流固耦合分析实例命令流本资料来源于网络，仅供学习交流2015年10月达尔文档|DareDoc整理目录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 (4)一个流固耦合建模的例子 (7)一加筋板在水中的模态分析 (8)一圆环在水中的模态分析 (10)接触分析实例---包含初始间隙 (14)耦合小程序 (19)流固耦合练习 (21)一个流固耦合的例子 (22)使用物理环境法进行流固耦合的实例及讲解 (23)针对液面晃动问题，ANSYS/LS-DYNA提供三种方法 (30)1、流固耦合 (30)2、SPH算法 (34)3、ALE（接触算法） (38)脱硫塔于浆液耦合的分析 (42)ANSYS坝-库水流固耦合自振特性的例子 (47)空库时的INP文件 (47)满库时的INP文件 (49)计算结果 (52)ANSYS流固耦合的方式一般说来，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 Couplin2，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模态分析的例子1这是一个流固耦合模态分析的典型事例，采用ANSYS/MECHANICAL可以完成。
