abaquscfd流固耦合视频教程 辉墨点睛_图文

关于ABAQUS 在流固耦合方面的应用摘 要：针对ABAQUS 有限元分析软件中的流固耦合功能，简述了其中理想气体状态方程的各参数含义以及流固耦合的分析要点。

文章通过ABAQUS 仿真分析和理论数值解的对比，证明了ABAQUS 软件计算理想气体状态方程的可信性，最后介绍其在某型号弹上的分析应用。

关键词： 理想气体方程 流固耦合 ABAQUS前言随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理想气体状态方程的功能和应用。

为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状态变化曲线（仿真曲线）；然后通过matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，并在Matlab 上获得数值解（理论曲线）。

将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。

在此基础上，将其用在某型号弹上的流固耦合分析。

1 理想气体方程的参数含义在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：()a z p p R ρθθ∆+=- (1)其中：p ∆：气体压强的增量，初始增量为零，ODB 文件输出的压强a p ：初始的气体压强，标准大气压为51.01310⨯Paρ：气体密度，这里设为31.17/kg mR ：气体常数，这里为287θ：气体温度，初始温度设为20℃，ODB 文件输出的温度z θ：绝对温度的零值，这里为-273℃在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1所示图1 定义系统的绝对零度2 ABAQUS 仿真建立如图2所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。

假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且活塞以一定的速度向前运动。

图2 气体未压缩和压缩后体积的变化在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp文件的关键字实现，经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。

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。

关于ABAQUS 在流固耦合方面的应用摘 要：针对ABAQUS 有限元分析软件中的流固耦合功能，简述了其中理想气体状态方程的各参数含义以及流固耦合的分析要点。

文章通过ABAQUS 仿真分析和理论数值解的对比，证明了ABAQUS 软件计算理想气体状态方程的可信性，最后介绍其在某型号弹上的分析应用。

关键词： 理想气体方程 流固耦合 ABAQUS前言随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理想气体状态方程的功能和应用。

为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状态变化曲线（仿真曲线）；然后通过matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，并在Matlab 上获得数值解（理论曲线）。

将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。

在此基础上，将其用在某型号弹上的流固耦合分析。

1 理想气体方程的参数含义在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：()a z p p R ρθθ∆+=- (1)其中：p ∆：气体压强的增量，初始增量为零，ODB 文件输出的压强a p ：初始的气体压强，标准大气压为51.01310⨯Paρ：气体密度，这里设为31.17/kg m R ：气体常数，这里为287θ：气体温度，初始温度设为20℃，ODB 文件输出的温度z θ：绝对温度的零值，这里为-273℃在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1所示图1 定义系统的绝对零度2 ABAQUS仿真建立如图2所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。

假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且活塞以一定的速度向前运动。

图2 气体未压缩和压缩后体积的变化在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp文件的关键字实现，经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。

基于mpcci的abaqus和fluent流固耦合案例1[学习] 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. 几何模型示意图压力出口内壁面(耦合面) =300K P=0Pa;T速度入口 outv=6m/s; T=600K in外壁面图2. 流固耦合传热分析模型示意图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。

湖南大学先进动力流固耦合过程（仅耦合热边界）准备软件：¾AVL-FIRE¾Hypermesh（用于划分和处理网格）¾ABAQUS（熟悉inp文件结构和语句）¾MSC-Patran湖南大学先进动力以AVL-FIRE安装目录下面简单例子为例，位于以下目录：D（安装盘符）:\AVL\FIRE\v（版本号）\exam湖南大学先进动力第一步：CFD计算所有设置与例子中保持一致湖南大学先进动力第一步计算CFD的时候，不需要选上Mesh FEM format，只需指定输出Frequency即可。

湖南大学先进动力第一步计算完之后会产生一个htcc 文件，如下图：湖南大学先进动力第二步：耦合面网格及固体网格获取为了便于统一坐标位置和热边界插值，不用例子中的FEM 网格。

FEM 网格将从CFD 网格（cyl.flm ）中“抽取”，如下图，在Fire 中导出.nas 格式文件。

湖南大学先进动力在hypermesh中TOOl>faces 板块中把流体网格的外表面抽取，然后删除两端面的面网格选择全部网格（displayed）即可湖南大学先进动力通过3D>elem offset 来获得实体网格湖南大学先进动力第三步：映射（mapping ）热边界条件上一步得到的面网格导出为.nas 文件（如sur_mesh_for_mapping.nas ）FIRE 中FEM Interface中设置如下两图湖南大学先进动力保存之后，Start ，next 直到如图所示界面，输入-fem –mode=mapping湖南大学先进动力第四步：查看热边界结果（这一步不是必需的，为了Mapping之后会产生一个包含热边界的inp文件，用于后续的固体温度场计算。

湖南大学先进动力映射距离与用例子比较（用三角形面单元）湖南大学先进动力第五步：在MSC-Patran 中做MPC注意：这里的面网格节点号和单元号要与前面用来mapping 的面网格对应上，可以在patran 或者hypermesh 中通过renumber 来实现，固体网格最好也把节点号和单元号renumber ，记下所有的节点号和单元号，以备后用。

Abaqus流固耦合仿真⽅法⼤全，总有你的菜，哪怕是佛系对于⼀般的流固耦合问题，Abaqus提供的仿真⽅法多种多样，最常⽤的三⼤类是：1.协同求解需要不同求解器之间进⾏通信：a.使⽤SIMULIA 协同仿真引擎b.使⽤多场耦合分析⼯具MpCCIc.使⽤Abaqus的ZAERO接⼝程序2.CEL3.SPH⽽特殊流固耦合问题，⽐如渗流（Seepage分析）、湿模态（可⽤Acoustic单元）、流体腔（Fluid Cavity）等，Abaqus也都有对应的分析⼿段。

最近问到的流固耦合问题⽐较多，这期⽂章就介绍⼀下Abaqus常⽤的三⼤类流固耦合分析⽅法。

1.协同求解a.使⽤SIMULIA协同仿真引擎⾸先要有两个model，⼀个CFD，⼀个Structure，定义耦合界⾯，并分别创建两个作业；然后通过SIMULIA协同仿真引擎引⽤两个model的作业，创建⼀个协同仿真；最后提交协同仿真任务，在模型树中可调出两个协同分析作业的监控。

Abaqus/CFD特点：能够进⾏不可压缩流体（通常认为是液体或者密度变化相对较⼩的⽓体，0≤Ma≤0.1~0.3）动⼒学分析，可以是层流或湍流（4种湍流模型）、稳态或瞬态（能够使⽤ALE变形⽹格）。

流体参数：密度、粘度、初始速度、等压⽐热容、热膨胀系数。

⼯程应⽤领域：⼤⽓扩散、汽车⽓动设计、⽣物医药、⾷品加⼯、电器冷却、模具填充等。

6.10版引⼊CFD求解器，2017版取消，因此该⽅法只能在Abaqus有限版本内使⽤：SIMULIA Co-simulation Engine简介：达索SIMULIA的多场耦合求解平台，内置于Abaqus Job模块，功能强⼤，可以⽤于耦合Abaqus不同求解器或第三⽅求解器，⽐如单独在Abaqus内可以做到：①流固耦合将⼀个Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit分析过程与⼀个Abaqus/CFD分析过程进⾏协同；②共轭热传导将⼀个Abaqus/Standard分析过程与⼀个Abaqus/CFD分析过程进⾏协同；③电磁-热或电磁-⼒学耦合将两个Abaqus/Standard分析过程进⾏协同；④隐式瞬态分析和显式动态分析之间耦合将⼀个Abaqus/Standard分析过程与⼀个Abaqus/Explicit分析过程进⾏协同。

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。

一种基于abaqus-starccm+的流固耦合计算方法1. 引言1.1 概述本篇文章介绍了一种基于ABAQUS和STAR-CCM+的流固耦合计算方法。

流固耦合问题是指涉及流体和固体之间相互作用的问题，如在液态金属凝固过程中的热传导和流动问题、风力发电机叶轮的气动力学行为等。

该方法结合ABAQUS 和STAR-CCM+两个强大的计算软件，通过将它们的优势互补起来，可以更准确地模拟和分析流固耦合问题。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

首先，在引言部分，我们会对本文进行概述，并介绍文章的结构。

其次，在第二部分中，我们将详细介绍ABAQUS和STAR-CCM+这两个软件及其功能和特点。

第三部分将给出对流固耦合问题的概述，包括定义以及应用领域。

接下来，在第四部分中，我们将详细介绍基于ABAQUS和STAR-CCM+的流固耦合计算方法，包括在这两个软件中采用的具体算法及其原理。

最后，在结论与展望部分，我们将总结文章得出的结果，并提出存在问题与改进方向。

1.3 目的本文的目的是介绍一种基于ABAQUS和STAR-CCM+的流固耦合计算方法。

通过本文的阐述，读者将了解到这两个软件在流固耦合问题中的应用及其计算方法，以及如何运用它们进行模拟和分析。

希望通过这篇文章的撰写和分享，能够推动流固耦合问题研究领域的发展，提供更准确可靠的计算方法，并为相关领域工程师和研究人员提供参考与借鉴。

2. ABAQUS和STAR-CCM+简介2.1 ABAQUS简介ABAQUS是由Dassault Systèmes公司开发的一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程结构分析领域。

它能够模拟和分析复杂的结构破坏、变形、疲劳寿命等行为，提供准确的数值解。

ABAQUS具有多种计算功能，包括线性和非线性分析、静态和动态分析、热力学和热传导分析等。

它支持各种材料类型的建模，如金属、塑料、复合材料等，并且可以考虑不同加载条件下的材料本构关系。

Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结翻译抖音号abaquser，qq443941211这个问题提出了在圆柱形热源周围饱和土壤中固结的解决方案。

布克和萨维维杜（Booker and Savvidou，1985）对该问题进行了研究，它代表了埋在饱和土壤中的放射性废物罐问题的理想化。

由于来自罐的热辐射而发生的温度变化导致孔隙水的膨胀量大于土壤中的孔隙，导致热源周围的孔隙压力增加。

产生的孔隙压力梯度将孔隙流体驱离热源，导致孔隙压力随时间消散。

Booker和Savvidou开发了针对点热源深埋在饱和土壤中的基本问题的分析解决方案。

随后，他们使用该分析解决方案得出了圆柱热源周围固结问题的近似解决方案。

该问题为Abaqus中的耦合热固结能力提供了验证。

饱和土壤的分析需要耦合应力-扩散方程的解，Abaqus中使用的公式在《Abaqus理论指南》第2.8节“多孔介质分析”中有详细描述。

热固结能力还可以与应力扩散方程完全耦合地求解传热方程（同时考虑传导和对流效应），从而模拟孔隙压力对孔隙流体和管道中温度场的影响。

土壤，反之亦然。

定义几何形状和材料特性的参数的数值是基于Lewis和Schrefler（2000）对这个问题进行的参数研究中给出的细节。

问题描述问题设置如图1.15.7-1所示。

半径为0.1604m，高度为2.5m的圆柱形热源被埋在半径和高度均等于10m的圆柱形土壤中。

实际上，土壤的圆柱形体积代表了围绕热源的无限介质。

重力被忽略了。

由于边界条件（下面将详细讨论），问题基本上是一维的，唯一的梯度是在径向上。

分析的目的是预测整个土壤质量，特别是热源附近的孔隙压力和温度随时间的变化。

几何和模型利用垂直方向的对称性，仅对问题的一半进行建模。

使用三维和轴对称的温度-孔压力元件均可解决此问题。

为了呈现结果，选择了三维元素类型C3D8RPT。

三维分析和轴对称分析均使用基本三维8节点或轴对称4节点元素以及修饰的四面体元素的不同变体（例如，积分和混合）进行。