耦合场分析ANSYS(liuheng)

ANSYS流固耦合分析成功的条件1.首先在建模和条件设置方面要按照这样的设置顺序：(1)选取流体单元，（打开keyopt（4）选项）,建立流体模型，注意此处挖去固体所占的空间，然后分区划分流体场网格（好像在ls_dyna里面不要挖去固体所占空间），注意靠近挖去空间的部分网格应该细小些，还有若要采用remesh在计算中重划网格，一定要使用三角形单元（所有流体场）(2)流体场模型建立完成后，首先要在流固耦合的边界上施加流体耦合标签FSI，然后在在流体场区域施加必要的边界条件，诸如位移约束，速度、压力等等。

然后设置求解流体场的时间步长、求解时间、流体属性,打开ALE选项（瞬态分析）网格重画属性等等(3)这样的工作完成后，进入/prep7，加入固体单元，设置固体材料属性，在挖去的部分建立固体模型，划分固体网格，在固体网格与流体场接触的固体边界上施加流体耦合标签FSI，注意要和前面的number相同。

(4)为固体实际必要的约束条件（看是固体推动流体还是流体推动固体）(5)设置固体求解的时间步长和求解结束时间(6)设置流固耦合属性，（看是固体推动流体还是流体推动固体），求解时间步长和求解时间，收敛准则，迭代次数等等。

(7)保存求解。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－总之，在流固耦合分析中，你最好要按着先流体后固体再耦合的属性设置顺序，流固耦合标签FSI要分别加在流固耦合边界的流体边界上和固体边界上，加在的顺序要按照上面所述。

在实际的建模中，流固耦合的边界上由于建模的原因会出现节点的重合现象，注意一定不要使用捏合节点的命令来将重合的节点变成一个，这个很重要。

固体单元一定要设置求解的时间步长和求解中止时间，时间步长一般和求解流体场和流固耦合的时间步长相等。

ALE＋remesh选项是解决瞬态流固耦合问题的一个很重要的方法，流固耦合一般要伴随着流体的形状改变和位置的移动，因此首先启动ALE选项使流体与固体的耦合边界保持一致并规则化流场内部由于挤压而畸变的网格，其次若网格畸变的过于严重，就要启动remesh选项重新划分网格单元。

ANSYSapdl命令流笔记16-------耦合场分析基础耦合场分析概述前⾔耦合场分析，也称为多物理场分析，分析不同的物理场的相互作⽤以解决⼀个全局性的⼯程问题。

例如，当⼀个场分析的输⼊依赖于从另⼀个分析的结果，那么分析就会被耦合。

耦合⽅式有：单向耦合：前⼀个分析的结果作为载荷施加给下⼀个分析，⽽下⼀个分析的结果不会影响前⼀个场的分析结果。

例如，在热应⼒问题中，温度场会在结构场中引⼊热应变，但是结构应变通常不会影响温度分布。

因此，⽆需在两个现场解决⽅案之间进⾏迭代。

双向耦合：两个物理场的结果会相互影响。

例如，⾮线性材料的感应加热中，谐波电磁分析计算出焦⽿热，该热在瞬态热分析中⽤于随时间变化的温度解，⽽温度的变化会反过来影响电磁场材料属性的变化，从⽽改变电磁分析结果。

⼀、耦合场分析类型1.直接耦合场分析直接⽅法通常只包含⼀个分析，它使⽤⼀个包含所有必需⾃由度的耦合单元类型，通过计算包含所需物理量的单元矩阵或单元载荷向量的⽅式进⾏耦合。

具有直接耦合功能的单元有：SOLID5 ---------3-D 耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)PLANE13---------⼆维耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID29 ---------⼆维声学流体 单元(声学矩阵的推导)FLUID30 ---------3-D 8 节点声学流体单元 (声学矩阵的推导)LINK68------------热电耦合杆单元SOLID98----------四⾯体耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID116---------热流体耦合管单元CIRCU124--------电路单元TRANS126-------机电转换器单元(电容计算，耦合机电⽅法)SHELL157--------热电耦合壳单元FLUID220---------3-D 20 节点声学流体单元FLUID221---------3-D 10 节点声学流体单元PLANE222--------⼆维 4 节点耦合场实体单元PLANE223--------⼆维 8 节点耦合场实体单元SOLID226---------3-D 20 节点耦合场实体单元SOLID227---------3-D 10 节点耦合场实体单元PLANE233--------⼆维 8 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID236--------3-D 20 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID237--------3-D 10 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)优点：1.允许解决通常的有限元⽆法解决的问题。

ANSYS非线形分析指南基本过程第四章耦合场分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科物理场的交叉作用和相互影响耦合例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题反之亦然其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析热-电耦合分析流体-结构耦合分析磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用但是耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法序贯耦合方法和直接耦合方法序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的耦合的例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为体力载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果在这种情形下耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的例如利用单元SOLID5PLANE13或SOLID98可直接进行压电分析何时运用直接耦合解法或序贯耦合解法对于不存在高度非线性相互作用的情形序贯耦合解法更为有效和方便因为我们可以独立的进行两种场的分析例如对于序贯热-应力耦合分析可以先进行非线性瞬态热分析再进行线性静态应力分析而后我们可以用热分析中任意载荷步或时间点的节点温度作为载荷进行应力分析这里耦合是一个循环过程其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果直接耦合解法的例子包括压电分析伴随流体流动的热传导问题以及电路-电磁场耦合分析求解这类耦合场相互作用问题都有专门的单元供直接选用第1页。

第四章耦合场分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。

例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用：它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题，反之亦然。

其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析，热-电耦合分析，流体-结构耦合分析，磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等。

耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用，但是，耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。

序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析。

它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场1的耦合的。

例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为“体力”载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的。

直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。

在这种情形下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。

例如利用单元SOLID5，PLANE13，或SOLID98可直接进行压电分析。

何时运用直接耦合解法或序贯耦合解法对于不存在高度非线性相互作用的情形，序贯耦合解法更为有效和方便，因为我们可以独立的进行两种场的分析。

例如，对于序贯热-应力耦合分析，可以先进行非线性瞬态热分析，再进行线性静态应力分析。

而后我们可以用热分析中任意载荷步或时间点的节点温度作为载荷进行应力分析。

这里耦合是一个循环过程，其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度。

直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势，并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果。

直接耦合解法的例子包括压电分析，伴随流体流动的热传导问题，以及电路-电磁2场耦合分析。

求解这类耦合场相互作用问题都有专门的单元供直接选用。

3。

有问题可以发邮件给我一起讨论**************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。

ANSYS耦合场分析指南第一章耦合场分析1.1耦合场分析的定义耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。

例如压电分析，考虑结构和电场间的相互作用：求解由施加位移造成的电压分布或相反过程。

其它耦合场分析的例子有热－应力分析，热－电分析，流体－结构分析。

需要进行耦合场分析的工程应用有压力容器（热－应力分析），流体流动的压缩（流体结构分析），感应加热（磁－热分析），超声波换能器（压电分析）以及磁体成形（磁－结构分析），以及微电机械系统（MEMS）等。

1.2耦合场分析的类型耦合场分析的过程依赖于所耦合的物理场，但明显可以可分为两类：顺序耦合和直接耦合。

1.2.1 顺序耦合方法顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析，每一种属于不同物理场的分析。

通过将前一个分析的结果作为载荷施加到第二个分析中的方式进行耦合。

典型的例子是热－应力顺序耦合分析，热分析中得到节点温度作为“体载荷”施加到随后的应力分析中去。

1.2.2 直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析，利用包括所有必要自由度的耦合场类型单元。

通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量的方式进行耦合。

例如使用了SOLID5、PLANE13或SOLID98单元的压电分析。

另外的例子如利用TRANS126单元的MEMS分析。

1.2.3 直接法与顺序法的应用场合对于耦合情况的相互作用非线性程度不是很高的情况，顺序耦合法更有效，也更灵活。

因为两个分析之间是相对独立的。

例如在热应力顺序耦合分析中，可以先进行非线性瞬态热分析，然后再进行线性静力分析。

可以将瞬态热分析中任一载荷步或时间点的节点温度作为载荷施加到应力分析中。

顺序耦合可以是不同物理场之间交替进行执行，直到收敛到一定精度为止。

当耦合场之间的相互作用是高度非线性的，直接耦合具有优势。

它使用耦合变量一次求解得到结果。

直接耦合的例子有压电分析，流体流动的共轭传热分析，电路－电磁分析。

这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。

ANSYS流固耦合分析9.2 问题的描述（2）进入前处理器，定义所需的单元类型。

对于该问题而言，模型中只含有Plane 42一种单元，由于本计算是针对二维平面应变问题，因而需将Plane 42的KEYOPT(3)设置为2。

对应的命令流如下：/prep7et,1,plane42KEYOPT,1,3,2 !平面应变选项（3）定义模型中的材料参数。

模型中共有7种材料，包括基岩和不同饱和度下的滑体材参。

定义材参的命令如下：mp,ex,1,20e9 !岩体弹性模型mp,prxy,1,0.22 !岩体泊松比mp,dens,1,2600 !岩体密度mp,ex,2,3e9 !滑体初始参数mp,prxy,2,0.35mp,dens,2,2140mp,ex,3,2.7e9 !饱和度为35%mp,prxy,3,0.35mp,dens,3,2180mp,ex,4,2.4e9 !饱和度为50%mp,prxy,4,0.35mp,dens,4,2210mp,ex,5,2.1e9 !饱和度为65%mp,prxy,5,0.35mp,dens,5,2240mp,ex,6,1.8e9 !饱和度为80%mp,prxy,6,0.35mp,dens,6,2270mp,ex,7,1.5e9 !饱和度为100%的弹性模量mp,prxy,7,0.35 !饱和度为100%的泊松比mp,dens,7,2300 !饱和度为100%的密度save !存储数据库（4）建立几何模型并划分单元。

由于模型的几何形状较为复杂，故采用自底向上的建模方式，即先生成点，然后生成面，最后划分单元。

k,1,0,0,0 !根据坐标生成关键点k,2,0,505,0k,3,562,505,0k,,621,459,0k,,658,433,0k,,693,393,0k,,802,313,0k,,850,303,0k,,892,273,0k,,913,253,0k,,930,243,0k,,1034,233,0k,,1186,228,0k,,1216,223,0k,,1232,208,0*do,i,1,14 !以循环的方式创建直线，共画了14条l,i,i+1*enddok,16,660,387,0 !再创建关键点k,,770,248,0k,,827,230,0k,,888,217,0k,,930,216,0k,,1034,213,0k,,1186,209,0l,4,16 !再根据关键点创建直线l,16,17l,17,18l,18,19l,19,20l,20,21l,21,22l,22,15nummrg,all !合并所有元素numcmp,all !压缩所有元素编号k,23,1243,198,0 !再创建关键点k,,612,380,0k,,745,214,0k,,884,181,0k,,1242,174,0l,3,24 !再根据关键点创建直线l,24,25l,25,26l,26,27l,27,23l,23,15nummrg,all !合并所有元素numcmp,all !压缩所有元素编号k,28,1610,198,0 !再创建关键点k,,1610,0,0k,,1243,0,0k,,884,0,0k,,745,0,0k,,612,0,0l,6,16 !再根据关键点创建直线l,7,17l,8,18l,9,19l,11,20l,13,22l,16,24l,17,25l,19,26l,24,33l,25,32l,26,31l,27,30l,1,33l,30,31l,31,32l,32,33l,23,28l,28,29l,29,30saveal,4,5,15,29 !根据线创建面al,29,6,16,30al,7,17,30,31al,8,18,31,32al,9,10,19,32,33al,11,12,20,21,33,34al,13,14,22,34al,3,15,35,23al,35,16,24,36al,36,17,18,37,25al,19,20,21,22,26,27,28,37al,1,2,23,38,42al,38,39,24,45al,39,40,25,44al,40,41,26,43al,46,47,48,27,41allsel,all !选择所有元素type,1 !选择要划分单元的类型mat,1 !选择要划分单元的材料模型mshape,1,2d !设置成平面三角形单元mshkey,0 !设置成自由方式ESIZE,10,0, !设置单元大小amesh,1,11,1 !对面1到面11划分单元ESIZE,,, !设置单元大小为默认值allsel,all !选择所有元素amesh,12,16,1 !划分面12到16 savefinish!划分好后的有限元网格如图9-2所示。

ANSYS耦合场分析指南第三章发表时间：2007-11-20 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: ANSYS 耦合场分析 CAE教程第三章直接耦合场分析3.1进行直接耦合场分析在直接耦合场分析中，只需用耦合场单元进行一次分析。

表3-1中列出了具有耦合场分析能力的单元。

1. 有限元模型可以混合一些带有VOLT自由度的耦合场单元，要保证相容性，单元必须有相同的支反力（参见《ANSYS Electromagnetic Field Analysis Guide》中的第§13.3节）。

耦合场单元包含所有必要的自由度，通过计算适当的单元矩阵（矩阵耦合）或是单元载荷矢量（载荷矢量耦合）来实现场的耦合。

在用矩阵耦合方法计算的线性问题中，通过一次迭代即可完成耦合场相互作用的计算，而载荷矢量耦合方法在完成一次耦合响应中至少需要二次迭代。

对于非线性问题，矩阵方法和载荷矢量耦合方法均需迭代。

表3-2给出了ANSYS/Multiphysics产品用于直接方法时所支持的不同类型的耦合场分析，以及每种类型所需要的耦合类型。

想进一步了解有关矩阵和载荷矢量耦合请参阅《ANSYS Theory Reference》。

ANSYS/Professional软件包只支持热－电直接耦合，ANSYS/Emag软件包只支持电磁场和电磁－电路直接耦合。

注意－在子结构分析中使用载荷矢量耦合方法的耦合场单元无效。

在生成子结构的过程中，迭代解无效，所以，ANSYS程序忽略所有的载荷矢量和反馈耦合效应。

因为有时载荷矢量耦合场单元的非线性行为可能很严重，故需要用到预测器和线性搜索选项以加强收敛。

《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§8介绍了这些选项。

对于上述的分析类型，本章将重点介绍如何进行热－电分析、压电分析、磁－结构分析和电磁－结构分析。

3.1.1热－电分析在ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Professional软件包中提供热－电分析功能，即计算导体中由于直流电(DC)带来的焦耳热所造成的温度分布。