流体流固耦合分析手册

流固耦合现象的力学分析流固耦合现象是指在流体与固体互相作用下产生的力学现象。

它在许多实际问题中都扮演着重要的角色，例如河流冲刷、风力发电机叶片受到的风压力、飞机机翼与空气的相互作用等。

在物理学中，我们可以通过一系列定律来分析流固耦合现象，并通过实验来验证我们的理论。

首先，流固耦合现象的分析离不开连续介质力学定律。

连续介质力学是物质运动的宏观力学理论，它假设物质是连续的，并考虑了宏观尺度上的平均效应。

其中最基本的定律是质量守恒定律和动量守恒定律。

质量守恒定律指出，在任何物理过程中，质量是守恒的。

具体到流固耦合现象中，我们可以通过实验来验证这一定律。

例如，我们可以设计一个容器，将含有某种流体的管道与固体结构相连接。

通过流体在管道中的流动，我们可以测量流体的质量，并与实验前后的质量进行比较。

如果质量守恒定律正确，那么我们应该得到相同的结果。

动量守恒定律则描述了物体上力的作用和物体运动之间的关系。

在流固耦合现象中，我们需要考虑流体和固体之间的相互作用力。

在实验中，我们可以通过建立一个闭合系统来验证动量守恒定律。

具体来说，我们可以设计一个装置，其中一个部分是由流体构成的，另一个部分是由固体构成的。

通过观察流体和固体之间的相互作用力，我们可以验证动量守恒定律是否成立。

除了连续介质力学定律，流固耦合现象的分析还需要考虑流体力学和固体力学的相关定律。

在流体力学中，纳维-斯托克斯方程是最基本的定律之一。

该方程描述了流体在不同条件下的运动。

我们可以通过使用带有适当边界条件的纳维-斯托克斯方程来分析流固耦合现象。

例如，我们可以考虑一个水流经过一个固体结构的情况。

我们可以通过实验来观察水流的流速和固体结构上的压力分布，并将这些观察结果与纳维-斯托克斯方程的解进行比较，以验证该定律的准确性。

在固体力学中，弹性力学定律是重要的分析工具。

弹性力学定律描述了固体在受到外力作用下的变形行为。

对于流固耦合现象，我们需要考虑固体结构受到流体力作用引起的变形。

流固耦合流程流固耦合是指流体与固体之间相互作用、相互影响的一种现象。

在工程领域中，流固耦合分析已成为设计和优化产品性能的重要工具。

本文将以流固耦合为主题，介绍流固耦合分析的流程和应用。

第一部分：引言流固耦合在众多工程领域中发挥着重要作用，比如航空航天、汽车工程、海洋工程等。

流体与固体的相互作用不仅会对产品的性能产生影响，还可能引起破坏性的振动和噪声。

因此，进行流固耦合分析来评估和改进产品性能至关重要。

第二部分：流固耦合的基本原理在进行流固耦合分析之前，我们需要了解流固耦合的基本原理。

流体与固体之间的相互作用主要包括压力和速度对固体的作用，固体形状对流体流动的影响，以及固体振动对流场的影响等。

这些相互作用可以通过数值模拟方法进行分析和预测。

第三部分：流固耦合分析的流程1. 前处理：在进行流固耦合分析之前，首先需要进行前处理工作。

前处理包括几何建模、网格划分、材料属性定义等。

准确的前处理是进行流固耦合分析的基础。

2. 流场计算：在进行流固耦合分析时，首先需要计算流体场的流动状态。

根据问题的具体需求，可以选择合适的数值求解方法，如有限元法、有限差分法、有限体积法等。

通过求解流体方程，得到流场参数，如速度、压力等。

3. 固体分析：在流场计算完成后，需要进行固体的应力和变形分析。

通过求解固体的力学方程，得到固体的应力和变形情况。

这些结果对于评估产品的结构强度和稳定性至关重要。

4. 边界条件耦合：在流固耦合分析中，流场和固体分析需要进行边界条件的耦合。

这意味着固体的边界条件受到流场的影响，而流体的边界条件又受到固体的影响。

通过迭代求解流场和固体方程，得到耦合后的边界条件。

5. 后处理：在流固耦合分析完成后，需要进行后处理工作。

后处理包括结果的可视化、数据的提取和分析等。

通过后处理，可以直观地了解产品的性能和响应。

第四部分：流固耦合分析的应用流固耦合分析在多个工程领域中都有广泛的应用。

以航空航天工程为例，利用流固耦合分析可以评估飞机的气动性能、翼面的变形情况以及机翼的气动弹性特性。

流固耦合FSI分析分析原理：流场采用CFX12，固体采用ANSYS12分别计算，通过界面耦合。

流体网格：流体部分采用HyperMesh9.0分网，按照流体分网步骤即可，没有特殊要求。

网格导出：CFX可以很好的支持Fluent的.cas格式。

直接导出这个格式即可。

流体的其余设置都在CFX-PRE中设置。

固体网格即设置：HyperMesh9.0划分固体网格。

设置边界条件，载荷选项，求解控制，导出.cdb文件。

实例练习：以CFX12实例CFX tutorial 23作为练习。

为节省时间，将计算时间缩短为2s。

网格划分：提取CFX tutorial 23中的实体模型到hm中，分别划分流体，固体网格。

分别导出为fluent的.cas格式和ansys的cdb格式。

流体网格如下：网格文件见:fluid.cas固体网格为：特别注意：做FSI分析时，ANSYS固体部分必须在BATCH下运行（即将.cdb文件导入ansys不需要任何操作就能直接计算出结果），所以导出的.CDB文件需要添加一个命令，在hm建立FSIN_1的set，以方便在.cdb中手动添加命令SF,FSIN_1,FSIN,1，具体位置在定义了节点集合FSIN_1之后。

另一个set：pressure用于施加压强。

这里还设置了一些控制卡片用于分析，当然也可以直接修改.cdb文件详细.cdb文件请参看plate.cdb将固体部分在ansys中计算一下，以确定没有问题。

通过ansys计算检查最大位移：最上面的点x向变形曲线至此，固体部分的计算文件已经准备好，流体网格需要导入CFX以进一步设置求解选项和耦合选项。

以下在CFX-PRE中进行设置由于固体模型已经生成，故不需要利用workbench，所以不必按照指南的做法。

启动workbench，拖动fluid flow(CFX)到工作区直接双击setup进入CFX-PRE 导入流体网格然后设置分析选项：注意：mechanical input file即是固体部分网格。

流固耦合分析（FSI）流固耦合分析（FSI）是涉及流体和固体之间相互作用的问题研究，其理论包括了几个主要方面：流体力学、固体力学、耦合边界条件、求解器等。

以下是流固耦合分析的详细理论讲解，带有相关公式和尽量详细的说明。

一、流体力学1. 守恒定律质量守恒定律：$$ \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0 $$动量守恒定律：$$ \rho \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + \rho (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} = \nabla \cdot \tau + \mathbf{f} $$其中，$\rho$是流体密度，$\mathbf{u}$是流体速度，$\tau$是应力张量，$\mathbf{f}$是体力。

2. 纳维-斯托克斯方程$$ \rho \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + \rho (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} = \nabla \cdot (-p\mathbf{I} + \tau) + \mathbf{f} $$其中，$p$是静压力，$\mathbf{I}$是单位张量。

3. 边界条件（1）速度边界条件：$\mathbf{u} = \mathbf{u}_b$，其中$\mathbf{u}_b$是边界上的速度。

（2）压力边界条件：$p = p_b$，其中$p_b$是边界上的压力。

4. 流体力学求解器常用的流体力学求解器有OpenFOAM、ANSYS Fluent等。

二、固体力学1. 力学基本方程$$ \tau = \sigma\cdot \mathbf{n} $$其中，$\tau$是表面上的接触力，$\sigma$是固体的应力张量，$\mathbf{n}$是表面的单位法向量。

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0.02mGenerate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。

流固耦合问题流固耦合问题是一种复杂的物理问题，它涉及到流体和固体之间的相互作用。

这种问题常常出现在工程设计和生物医学领域中，比如船舶设计、飞机设计、药物输送等。

本文将分步骤阐述流固耦合问题的相关知识。

第一步：理解流固耦合问题的概念流固耦合问题是指涉及到流动和固体材料之间相互作用的物理问题。

它通常发生在可变形固体与流体之间的边界面上，例如在弹性材料的表面或开放溶液表面。

由于流体和固体的相互作用，物体的形状和运动状态会发生变化。

这种变化可能会对流体运动状态产生影响，从而改变流体的速度和压力分布。

第二步：了解流固耦合问题的类别流固耦合问题可分为两类，一种是静态耦合，另一种是动态耦合。

静态耦合是指在瞬间时间内，固体形变速度远小于流体速度的情况下发生的耦合作用。

动态耦合是指在一段时间内，固体形变和流体运动是相互影响的耦合作用。

在生物医学领域中，由于心脏的收缩和血液的流动是相互影响的动态耦合，因此对这种耦合的研究极为重要。

第三步：分析流固耦合问题的数学模型流固耦合问题的数学模型通常由连续性、动量守恒和边值条件三个方程组成。

其中，连续性方程描述了流体的质量守恒，动量守恒方程描述了流体的运动状态，边值条件则用于描述固体表面的物理特性。

根据实际问题需要，可以采用不同的数值解法对模型进行求解，例如有限元法、有限体积法和边界元法等。

第四步：应用流固耦合问题的实际案例流固耦合问题在工程设计和生物医学领域中都有广泛的应用。

例如，在飞机设计中，需要考虑飞机表面的气流对于飞机结构的影响；在生物医学领域中，需要研究血流对心脏、大脑和肝脏等器官的作用。

此外，在船舶设计、岩土工程和涂料涂装等领域中也需要考虑流固耦合问题。

总之，流固耦合问题是一个非常重要的物理问题，在工程设计和生物医学领域有着广泛的应用。

深入研究流固耦合问题的数学模型和求解方法，能够为相关领域的进一步发展提供重要的理论和实践支持。

流固耦合模态分析流固耦合法广泛地应用于汽车声学和噪声等控制领域，对空腔结构进行流固耦合模态分析，可以了解到声腔对结构模态的影响，为研究耦合系统的声学特性提供可靠的理论参考。

在我们汽车结构振动领域应用相对较多的如油箱流固耦合、声腔耦合分析等，通过进行声腔与钣金耦合分析可以了解车身结构件的振动特性及灵敏度。

模拟流体对结构动力学特性影响的分析方法有很多种，如流固耦合法、虚拟质量法等。

本期通过一个简单的案例分享了解流固耦合的分析流程及相关特性影响。

1相关理论假设流体是均匀、无粘、无旋且可压缩的理论流体，基于小位移理论，并忽略了流固动量传递及局部压力-密度线性关系，其耦合方程为：其中：Ms、Ks ---分别为结构的质量矩阵和刚度矩阵；Mf、Kf ---分别为流体的质量矩阵和刚度矩阵；A ---流固耦合矩阵；Fs、Ff ---分别为结构载荷和声载荷；u ---结构节点位移向量；p ---流体节点压力向量。

2案例实战2.1 本次建立的案例分析模型如图1所示，模拟车身钣金，命名为Structur e，材料属性为钢材，弹性模量E=210000MPa，泊松比NU=0.3，密度RHO=7.85 e-9ton/mm3。

车身结构模型如下图1所示：图1 车身结构模型2.2 根据车身结构模型建立如图2所示的声腔模型。

声控属性为空气，命名为Cavity，设置材料密度1.2e-12ton/mm^3，声速345m/s。

图2 车身声腔模型2.3 建立车身与声腔耦合模型，将车身与声腔模型导入，需要设置以下参数。

图3 结构模态求解设置图4 耦合模态求解设置图5 耦合模态工况设置图6 流固耦合参数设置图7 输出参数设置2.4 模态求解。

为了了解声腔模态与车身结构模态的相互影响，先分别单独计算出声腔和车身结构的自由模态。

声腔的第一阶自由模态为刚体模态，声腔内各点的声压幅值相同，车身结构自由模态前6阶为刚体模态。

以下结果均不包括刚体模态结果列表。

1 流体－固体耦合与单相渗流1.1介绍FLAC3D模拟了流体流过可渗透的介质，例如土体。

渗流模型可以独立于通常FLAC3D的固体力学计算，而只考虑渗透；或者为了描述流体和固体的耦合特性，与固体模型并行计算。

例如，固结是一类流固耦合的现象，在固结过程中孔隙压力逐渐消散，从而导致了土体的位移。

这种行为包含了两种力学效应。

其一，孔隙水压力的改变导致了有效应力的改变，有效应力的改变影响了固体的力学性能，例如有效应力的降低可能引发塑性屈服；其二，土体中的流体对孔隙体积的变化产生反作用，表现为孔隙水压力的变化。

本程序可以不仅可以解决完全饱和土体中的渗流，也可以分析有浸润线定义的饱和与非饱和区的渗流计算。

该条件下，浸软面以上的土体的孔隙水压力为零，气体是被动的（气体的压力考虑成负的）。

这种方法用于颗粒比较粗的毛细现象可以忽略土体。

渗流分析中有如下的特征：1.对应于渗流各向同性和各向异性渗透性采用两种不同的流体传输定律。

渗流区域中的不可渗透的区域用流体的null材料定义。

2.不同的zone可以赋予不同的渗流模型(isotropic, anisotropic or null)和属性。

3.流体压力，涌入量，渗漏量和不可渗透边界都可以定义。

4.土体中可以加入抽水井，考虑成点源或者体积源。

5.计算完全饱和土体中的渗流问题，可以采用显式差分法或者隐式差分法；而非饱和渗流问题只能采用显式差分法。

6.渗流模型可以和固体力学模型和传热模型一起使用。

在耦合问题中，可以考虑饱和材料的压缩和热膨胀。

7.流体和固体的耦合程度依赖于土体颗粒（骨架）的压缩程度，用Biot系数表示颗粒的可压缩程度。

（即用biot系数确定颗粒变形，来模拟力学与流体的耦合）8.用线性热膨胀系数和非排干导热系数来考虑热耦合计算。

9.对于热-流体-流动计算是基于线性理论，假设材料属性为常数，不考虑对流。

流体和固体温度局部平衡。

如果要模拟非线性行为，需要制定孔隙压力和用fish函数确定材料属性。

流固耦合教材流固耦合是流体力学和固体力学相互作用的一种重要现象，广泛应用于工程领域中。

本教材旨在介绍流固耦合的基本概念、理论模型和数值计算方法，以及其在工程实践中的应用。

流体力学和固体力学是研究流体流动和固体结构力学特性的两个独立的学科。

然而，在实际工程中，往往需要考虑流体和结构之间的相互影响，这时就需要使用流固耦合分析方法。

二、流固耦合的基本理论1. 流动力学基本原理流体的运动可以通过质量守恒、动量守恒和能量守恒三个基本方程来描述。

在流固耦合分析中，需要将流体的力学行为与固体结构的行为相结合，建立适当的数学模型。

2. 固体力学基本原理固体力学是研究物质的应力与应变关系的学科，包括弹性力学、塑性力学、断裂力学等。

在流固耦合分析中，需要考虑固体结构在流体流动中的变形和应力响应。

3. 耦合理论的建立流固耦合分析中，需要将流体力学和固体力学的方程进行耦合，建立相应的耦合模型。

常见的耦合模型有一体化耦合模型和分离式耦合模型。

三、流固耦合的数值计算方法1. 有限元方法有限元方法是流固耦合分析中常用的数值计算方法之一。

通过将连续的物理域离散化为有限个单元，求解各单元上的位移、速度、压力等参数，并通过单元之间的边界条件进行耦合。

2. 边界元方法边界元方法是一种将物理问题转化为表面积分方程求解的数值方法。

在流固耦合分析中，边界元方法可以用于求解流体域和结构域的界面上的力学参数。

3. 网格less方法网格less方法是一种将物理问题空间离散化的方法。

在流固耦合分析中，可以利用网格less方法进行流体和结构的耦合求解。

四、流固耦合的应用1. 结构物的水动力问题流体对结构物的作用会导致结构物的振动、变形和破坏。

流固耦合分析可以用于预测结构物在水动力环境下的响应，并进行可靠性评估。

2. 水力机械的设计与优化水力机械的设计与优化需要考虑流体流动对结构的影响。

通过流固耦合分析，可以优化水力机械的结构形式和流道参数，提高水力机械的工作效率和安全性。

第五章 轴流泵的流固耦合5-1 流固耦合概论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。

单向耦合应用于流场对固体作用后，固体变形不大，即流场的边界形貌改变很小，不影响流场分布的，可以使用流固单向耦合。

先计算出流场分布，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，对绕流不产生影响。

当固体结构变形比较大，导致流场的边界形貌发生改变后，流场分布会有明显变化时，单向耦合显然是不合适的，因此需要考虑固体变形对流场的影响，即双向耦合。

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，需要进行流固双向耦合计算。

下面简单介绍其理论基础。

连续流体介质运动是由经典力学和动力学控制的，在固定产考坐标系下，它们可以被表达为质量、动量守恒形式:()0v tρρ∂+∇⋅=∂ (1) ()B v vv f tρρτ∂+∇⋅-=∂ (2) 式中，ρ为流体密度；v 为速度向量；Bf 流体介质的体力向量；τ为应力张量；在旋转的参考坐标系下，控制方程变为： ()0r v v tρρ∂+∇⋅=∂ （3） (-)+B r r c v v v f f tρρτ∂+∇⋅=∂ （4） 形式和固定坐标系下基本相同，只是速度变成了相对速度，另外就是增加了附加力项c f 。

固体有限元动力控制方程为：[]{}[]{}{}...[]{}M u C u K u F ++= （5）式中，[]M ，[]C ，[]K 分别是质量矩阵，阻尼矩阵以及刚度矩阵，{}F 为载荷矩阵。

流固耦合遵循最基本的守恒原则，所以在流固耦合交界面处，应满足流体与固体应力、位移、热流量、温度等变量的相等或守恒，即满足如下四方程：f f s s n n ττ⋅=⋅ (6)f s d d = (7)f s q q = (8)f s T T = (9)5-2 单向流固耦合思路分析：轴流泵的单向流固耦合仅仅考虑流场对结构的影响，并不考虑结构变形对流场的影响，所以其数据的传递是单向的，流场和结构的分开计算，完成流场计算之后将其作为结构的边界条件加载到结构域上。

车辆工程技术211机械电子隔膜泵橡胶隔膜和流体的流固耦合分析张世义1,周　伟1,符义红2,陈平伟2（1.重庆交通大学 航运与船舶工程学院;2.重庆水泵厂有限责任公司,重庆 400074）摘　要：为了解决往复式隔膜泵橡胶隔膜易局部破裂或者损坏的问题，对隔膜泵的橡胶隔膜和流体进行流固耦合分析。

建立橡胶隔膜三维模型，同时从隔膜泵模型中抽出流体模型，将流体模型加到橡胶隔膜上进行流固耦合分析，得到不同流体速度下的橡胶隔膜的位移变化和压力变化图。

结果表明：在流体速度较小时，橡胶隔膜易破坏的区域集中在很小的区域，而且压力值相对较大；流体速度较大时橡胶隔膜易被破坏的区域集中在较大的区域，压力的最大值较小。

关键词：隔膜泵；橡胶隔膜；流体；流固耦合 隔膜泵的液压油和输送浆体被橡胶隔膜把隔离开来，使输送的浆体外漏较少，同时解决了浆体中的高腐蚀性、高磨砺性的颗粒性介质对隔膜泵体造成损坏[1]。

橡胶隔膜使用寿命直接影响隔膜泵的性能和工作效率，而隔膜是在封闭的隔膜室内往复运动的，所以想要通过实验测试隔膜工作时的受力及变形状况不易实现。

因此有必要采用有限元分析的方法对橡胶隔膜的工作过程进行流固耦合分析，研究隔膜工作时所受的压力及位移变化情况以指导隔膜的设计。

目前，不考虑流体对隔膜作用的单纯隔膜结构件的有限元分析已有不少研究成果[2-3]，但对于考虑隔膜真实工作时候流体影响的流固耦合研究却较少[4-8]，孙婉婷[9]等分析了往复式液压隔膜泵系统流量脉动成因，在泵的排出管线上增加脉动缓冲装置，并在泵的介质吸入管线上增加吸入紊流装置，设计了往复式液压隔膜泵流量脉动消减系统；张洪生[10]等进行了隔膜泵液力端的动态数值模拟，从而为进一步研究隔膜泵的流体的特性提供一种方法，但是该研究对隔膜大变形特性考虑不足；舒绮伟[11]针对往复式液压隔膜泵的流体和压力脉动，分析了产生脉动的原因，运用峰值分散技术对减少流体脉动，这些研究没有考虑到橡胶隔膜和流体的耦合对橡胶隔膜破裂的影响。

第十一章流固耦合分析LS-DYNA除了具有强大的结构动力分析模块外，还具有强大的流体与固体相互耦合的功能，广泛应用于各种爆炸（水下、空中、建筑物和土壤中）、气囊展开、体积成型，罐内液体晃动等分析中。

下面具体讨论怎样应用LS-DYNA进行流固耦合分析及应该注意的一些问题，也希望通过本章的学习对LS-DYNA流固耦合分析方法有深入的了解和掌握。

11.1 Lagrangian、Eulerisn和ALE算法在LS-DYNA中三维单元有三种基本的算法：Lagrangian、Eulerisn和ALE（任意拉格朗日欧拉算法）算法，是由关键字*SECTION_SOLID中的ELFORM控制的:从上面可知ELFORM的取值不一样导致单元算法的不一样，可用于流固耦合分析的单元公式如下（不包括1）：1 = 常应力实体单元（纯粹的Lagrangian算法）5 = 中心单点积分的ALE算法（单元内为单一材料）6 = 中心单点积分的Eulerisn单元（单元内为单一材料）7 = 中心单点积分的环境Eulerisn单元（用于Eulerisn计算的进出口边界）11 = 中心单点积分的ALE多物质单元（一个单元内可以包含多种物质）12 = 中心单点积分的带空白材料的单物质ALE单元149150Lagrangian 、Eulerisn 和ALE 算法的区别算法的区别：：LS-DYNA 程序具有Lagrange 、Euler 和ALE 算法，Lagrange 算法的单元网格附着在材料上，随着材料的流动而产生单元网格的变形。

但是在结构变形过于巨大时，有可能使有限元网格造成严重畸变，引起数值计算的困难，甚至程序终止运算。

ALE 算法和Euler 算法可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体-固体耦合的动态分析。

ALE 算法先执行一个或几个Lagrange 时步计算，此时单元网格随材料流动而产生变形，然后执行ALE 时步计算：（1）保持变形后的物体边界条件，对内部单元进行重分网格，网格的拓扑关系保持不变，称为Smooth Step ；（2）将变形网格中的单元变量（密度、能量、应力张量等）和节点速度矢量输运到重分后的新网格中，称为Advection Step 。

ANSYS LS-DYNA流固耦合分析总结涉及的关键字有：1）单元算法的选择*SECTION_SOLID2）多物质单元定义*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH*SET_MULTI-MATERIAL_GROUP_LIST3）流固耦合定义*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID4）ALE算法选项控制*CONTROL_ALE5）流体材料定义*EOS_IDEAL_GAS*MAT_NULL（1）流固耦合的定义：（2）ALE算法选项控制（3）流体材料的定义材料的变形一般可分为2中类型：一种是变形中体积不变，一种是变形过程中体积发生变化。

因此应力张量可以分为两个部分：应力偏量和压力：对于任何材料，都可以用应力偏量与压力来描述它的应力张量。

在对流体材料处理的过程中，就需要同时使用两种方式来描述材料，用本构模型和状态方程来描述一种材料的特性：用本构模型来描述材料的偏应力，用状态方程EOS描述体积变形与压力间的关系。

3.1）在LS-DYNA中提供空材料模式*MAT_NULL用来描述具有流体行为的材料（如空气、水等）。

在材料模式本身提供本构模型来描述材料的偏应力（粘性应力），然后使用状态方程EOS来提供压力行为应力特性，这样就可同时提供材料整个的应力张量。

MU表示动力黏性系数，单位是Pa*s（压强*时间）3.2）对于每种状态方程，压力都可以表示为比体积与温度的函数方程：对于第一种状态方程：多线性状态方程，表示为：对于理想气体：对于理想气体，一般有初始压力，但在状态方程的参数中没有初始压力的输入项，需要将它转化为初始内能的输入，或者用P0=C0来输入。

初始内能的输入：水的多线性状态方程C1=2.2E6KPaC2=9.54E6KPaC3=1.457E7KPaC4=0.28C5=0.28水的GRUNEISEN状态方程单位: m kg s KMU——表示Dynamic viscosity coefficient u，单位是（Pa*s）C——单位是m/s，S1/S2与GAMAO表示比率，无单位。