ANSYS多物理耦合场有限元分析详细步骤操作

ByXiaojunWang 2009 ANSYS多物理耦合场有限元分析 王晓军航空科学与工程学院固体力学研究所 ByXiaojunWang 2009 ANSYS多物理耦合场有限元分析 结构 热耦合分析流体 固体耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS中的典型物理量 国际单位制 温度热流量热传导率密度比热对流换热系数热流温度梯度内部热生成 DegreesC orK WattsWatts meter degreeC kilogram meter3 Watt sec kilogram degreeC Watt meter2 degreeC Watt meter2 degreeC meterWatt meter3 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 热传递的类型 热传递有三种基本类型 传导 两个良好接触的物体之间或一个物体内部不同部分之间由于温度梯度引起的能量交换 对流 在物体和周围流体之间发生的热交换 辐射 一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换 在绝大多数情况下 分析的热传导问题都带有对流和 或辐射边界条件 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 传导引起的热通量流由传导的傅立叶定律决定 负号表示热量沿梯度的反向流动 例如 热量从热的部分流向冷的部分 传导 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 对流 对流引起的热通量由冷却牛顿定律得出 对流一般作为面边界条件施加 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 热力学第一定律 能量守恒要求系统的能量改变与系统边界处传递的热和功数值相等 能量守恒在一个微小的时间增量下可以表示为方程形式将其应用到一个微元体上 就可以得到热传导的控制微分方程 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 单元类型下表显示通常使用的热单元类型 节点自由度是 TEMP 常用的热单元类型 材料特性至少需要Kxx 稳态分析热传导系数 如果是瞬态分析 则需要比热 C 优先设置为 thermal 热分析 在GUI方式中只显示热材料特性 实常数主要用于壳和线单元 热分析有限元模型 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 稳态热传递 如果热量流动不随时间变化的话 热传递就称为是稳态的 由于热量流动不随时间变化 系统的温度和热载荷也都不随时间变化 由热力学第一定律 稳态热平衡可以表示为 输入能量 输出能量 0 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 稳态热传递控制方程 对于稳态热传递 表示热平衡的微分方程为 相应的节点处的有限元平衡方程为 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 热载荷和边界条件的类型 温度自由度约束 将确定的温度施加到模型的特定区域 均匀温度可以施加到没有温度约束的所有节点上 可以在稳态或瞬态分析的第一个子步对所有节点施加初始温度而非约束 它也可以在非线性分析中用于估计随温度变化材料特性的初值 热流率是集中节点载荷 正的热流率表示热量流入模型 热流率同样可以施加在关键点上 此载荷通常用于不能施加对流和热通量的情况下 施加该载荷到热传导率相差很大的区域上时应注意 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 热载荷和边界条件的类型 对流施加在模型外表面上的面载荷 模拟模型表面与周围流体之间的热量交换 热通量 热流密度 同样是面载荷 当通过面的热流率已知的情况下使用 正的热流密度值表示热量流入模型 热生成率作为体载荷施加 代表体内生成的热 单位是单位体积内的热流率 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 热载荷和边界条件的类型 ANSYS热载荷分为四大类 1 DOF约束 指定的DOF 温度 数值2 集中载荷 施加在点上的集中载荷 热流 3 面载荷 在面上的分布载荷 对流 热流密度 4 体载荷 体积或场载荷 热生成 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 热载荷和边界条件注意事项在ANSYS中 没有施加载荷的边界作为完全绝热处理 通过施加绝热边界条件 缺省条件 得到对称边界条件 如果模型某一区域的温度已知 就可以固定为该数值 反作用热流率只在固定了温度自由度时才具有 热载荷和边界条件的类型 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 何为瞬态分析 由于受随时间变化的载荷和边界条件 如果需要知道系统随时间的响应 就需要进行瞬态分析 热能存储效应在稳态分析中忽略 在此要考虑进去 时间 在稳态分析中只用于计数 现在有了确定的物理含义 涉及到相变的分析总是瞬态分析 时变载荷 时变响应 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 除了导热系数 k 还要定义密度 r 和比热 c 稳态分析和瞬态分析对明显的区别在于加载和求解过程 MASS71热质量单元比较特殊 它能够存贮热能单不能传导热能 因此 本单元不需要热传导系数 瞬态分析前处理考虑因素 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 控制方程 回忆线性系统热分析的控制方程矩阵形式 热存储项的计入将静态系统转变为瞬态系统 在瞬态分析中 载荷随时间变化 或 对于非线性瞬态分析 时间和温度 热存储项 比热矩阵 x 时间对温度的微分 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 选择合理的时间步很重要 它影响求解的精度和收敛性 如果时间步长太小 对于有中间节点的单元会形成不切实际的振荡 造成温度结果不真实 时间步大小建议 如果时间步长太大 就不能得到足够的温度梯度 一种方法是先指定一个相对较保守的初始时间步长 然后使用自动时间步长按需要增加时间步 下面说明使用自动时间步长大致估计初始时间步长的方法 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 在瞬态热分析中大致估计初始时间步长 可以使用Biot和Fourier数 Biot数是无量纲的对流和传导热阻的比率 其中Dx是名义单元宽度 h是平均对流换热系数 K是平均导热系数 Fourier数是无量纲的时间 Dt t 对于宽度为Dx的单元它量化了热传导与热存储的相对比率 其中r和c是平均的密度和比热 时间步大小说明 续 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 如果Bi1 时间步长可以用Fourier和Biot数的乘积预测 求解Dt得到 Again where0 1 b 0 5 时间步长的预测精度随单元宽度的取值 材料特性的平均方法和比例因子b而变化 时间步大小说明 续 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 进行瞬态分析 ANSYS缺省情况下是稳态分析 使用下列求解菜单指定要进行瞬态分析 FULL 是瞬态热分析唯一可以使用的选项 7 用户要输入求解选项 并不是只对热分析有效 如求解器 N R选项等 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 初始条件 初始条件必须对模型的每个温度自由度定义 使得时间积分过程得以开始 施加在有温度约束的节点上的初始条件被忽略 根据初始温度域的性质 初始条件可以用以下方法之一指定 注 如果没有指定初始温度 初始DOF数值为0 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 均匀初始温度 如果整个模型的初始温度为均匀且非0 使用下列菜单指定 1 2 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 非均匀的初始温度 如果模型的初始温度分布已知但不均匀 使用这些菜单将初始条件施加在特定节点上 4 用图形选取或输入点号的方法确定要建立初始温度的节点 5 单击OK 注 当手动或借助于输入文件输入IC命令时 可以使用节点组元名来区分节点 1 2 3 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 非均匀初始温度 续 注 没有定义DOF初始温度的节点其初始温度缺省为TUNIF命令指定的均匀数值 6 选择DOF标记 TEMP 7 指定初始温度数值 8 完成后单击OK 单击APPLY重复操作 将初始温度指定到其它节点上 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 由稳态分析得到的初始温度 续 当模型中的初始温度分布是不均匀且未知的 单载荷步的稳态热分析可以用来确定瞬态分析前的初始温度 要这样做 按照下列步骤 1 稳态第一载荷步 进入求解器 使用稳态分析类型 施加稳态初始载荷和边界条件 为了方便 指定一个很小的结束时间 如1E 3秒 避免使用非常小的时间数值 1E 10 因为可能形成数值错误 指定其它所需的控制或设置 如非线性控制 求解当前载荷步 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 施加瞬态分析控制和设置 求解之前 打开时间积分 求解当前瞬态载荷步 求解后续载荷步 时间积分效果保持打开直到在后面的载荷步中关闭为止 由稳态分析得到的初始温度 续 2 后续载荷步为瞬态 在第二个载荷步中 根据第一个载荷步施加载荷和边界条件 记住删除第一个载荷步中多余的载荷 1 2 3 4 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 打开 关闭时间积分效果 象刚刚说明的那样 稳态分析可以迅速的变为瞬态分析 只要简单的在后续载荷步中将时间积分效果打开 同样 瞬态分析可以变成稳态分析 只要简单的在后续载荷步中将时间积分效果关闭 结论 从求解方法来说 瞬态分析和稳态分析的差别就在于时间积分 ANTYPE TRANS TIMINT OFF ANTYPE STATICANTYPE STATIC TIMINT ON ANTYPE TRANS ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 另外的时间积分例子 在本例中 不是在分析的开始关闭时间积分效果来建立初始条件 而是在分析的结束关闭时间积分来 加速 瞬态 通常 分析的目标将将瞬态热现象中最严重的温度梯度定量 这些梯度通常在瞬态的初始阶段发生 并在系统进入稳态时随时间衰减 当系统响应稳定后 后面的结果就没有意义了 分析可以简单的结束或如果稳态温度场也需要得到 就在最后载荷步关闭时间积分效果 注意改变到稳态边界时的突变 最后一个载荷步的终止时间可以是任意的 但必须比前面的瞬态载荷步时间数值要大 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 打开控制 打开控制用于在当瞬态热分析接近稳态时让自动时间步 打开 增加 时间步长 在缺省情况下 如果连续3个子步间的最大温度变化都小于0 1个温度单位 那么时间步长将迅速增加以提高效率 这个控制只能在求解控制中实现 用这些菜单改变设置 3 指定温度 4 指定门槛值 5 指定子步数 6 单击OK 1 2 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 阶跃还是渐变 要准确模拟系统的瞬态响应 载荷必须以正确的幅值 在正确的时间和正确的速率施加 回忆一下载荷在载荷步中相对时间可以是阶跃的或渐变的 ANSYS缺省是渐变加载的 渐变加载可以提高瞬态求解的适应性 如果有非线性时可以提高收敛性 参考第4章学习ANSYS如何处理渐变载荷 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 阶跃还是渐变 续 要模拟阶跃载荷 将载荷在很短的时间内渐变施加到全值 然后在后续载荷步中保持不变 问题 对茶壶进行瞬态热分析 在底上施加热流模拟炉子的加热 热流载荷应该是阶跃的还是渐变的如果 1 茶壶在一个刚燃着的炉子上2 茶壶载一个已经很热的炉子上 ANSYS热分析 ByXiaojunWang 2009 什么是耦合场分析 耦合场分析考虑两个或两个以上的物理场之间的相互作用 这种分析包括直接和间接耦合分析 当进行直接耦合时 多个物理场 如热 电 的自由度同时进行计算 这称为直接方法 适用于多个物理场各自的响应互相依赖的情况 由于平衡状态要满足多个准则才能取得 直接耦合分析往往是非线性的 每个结点上的自由度越多 矩阵方程就越庞大 耗费的机时也越多 下表列出了ANSYS中可以用作直接耦合分析的单元类型 不是所有单元都有温度自由度 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 什么是耦合场分析 续 间接耦合分析是以特定的顺序求解单个物理场的模型 前一个分析的结果作为后续分析的边界条件施加 有时也称之为序贯耦合分析 本分析方法主要用于物理场之间单向的耦合关系 例如 一个场的响应 如热 将显著影响到另一个物理场 如结构 的响应 反之不成立 本方法一般来说比直接耦合方法效率高 而且不需要特殊的单元类型 本章中我们只讨论涉及热的耦合现象 请注意并非所有ANSYS产品都支持所有耦合单元类型和分析选项 例如 ANSYS Thermal产品只提供热 电直接耦合 详细说明参见Coupled FieldAnalysisGuide 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 直接方法 例题 在第七章对流部分中 介绍了FLUID66和FLUID116热 流单元 该单元具有热和压力自由度 因此是直接耦合场单元 ANSYS有一些其他的耦合单元 具有结构 热 电 磁等自由度 绝大多数的实际问题只涉及到少数几个物理场的耦合 这里提供了几个涉及到热现象的直接耦合场分析 热 结构 热轧铝板 铝板的温度将影响材料弹塑性特性和热应变 机械和热载荷使得板产生大应变 新的热分析必须计入形状改变 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 直接方法 例题 续 热 电磁场 钢芯的热传递 传导线圈在钢芯周围产生电磁场 该区域的交变电流在钢芯内产生焦耳热 钢芯在热作用下产生高温 由于温度变化梯度很大 因此必须考虑钢芯材料特性随温度的变化 而且 磁场变化的强度和方向都会改变 象这种电磁场谐波分析 只要得出磁向量势 A 就能计算出电流密度向量 J 它用来计算下式中的焦耳热 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 直接方法 前处理 在直接耦合场分析的前处理中要记住以下方面 使用耦合场单元的自由度序列应该符合需要的耦合场要求 模型中不需要耦合的部分应使用普通单元 仔细研究每种单元类型的单元选项 材料特性合实常数 耦合场单元相对来说有更多的限制 如 PLANE13不允许热质量交换而PLANE55单元可以 SOLID5不允许塑性和蠕变而SOLID45可以 不同场之间使用统一的单位制 例如 在热 电分析中 如果电瓦单位使用瓦 焦耳 秒 热单位就不能使用Btu s 由于需要迭代计算 热耦合场单元不能使用子结构 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 直接方法 加载 求解 后处理 在直接方法的加载 求解 后处理中注意以下方面 如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话 瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用 瞬态电效果 电容 电感 不能包括在热 电分析中 除非只是TEMP和VOLT自由度被激活 带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模 如 SOLID62 带有标量势自由度的单元只能模拟静态现象 SOLID5 学习每种单元的自由度和允许的载荷 耦合场单元允许的相同位置 节点 单元面等 施加多种类型的载荷 D F SF BF 耦合场分析可以使高度非线性的 考虑使用Predictor和LineSearch功能改善收敛性 考虑使用Multi Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 间接方法 间接方法用于求解间接耦合场问题 它需要连续进行两个单场的分析 而不是同时 第一种分析的结果作为第二种分析的载荷 如 许多问题需要热到结构的耦合 温度引起的热膨胀 但反之不可结构到热耦合是可以忽略的 小的应变将不对初始的热分析结果产生影响 在实用问题中 这种方法比直接耦合要方便一些 因为分析使用的是单场单元 不用进行多次迭代计算 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 间接方法 例题 叶片和盘中的温度会产生热膨胀应变 这会显著影响应力状态 由于应变较小 而且接触区域是平面对平面的 因此温度解不用更新 DiskSector Airfoil Platform Root 下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方法进行分析的例子 热 结构 透平机叶片部件分析 这种分析又叫做热应力分析 这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描述 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 间接方法 例题 续 热 电 嵌于玻璃盘的电热器 嵌于玻璃盘的电热器中有电流 这使得电线中有焦耳热产生 由于热效应 电线和盘中温度增加 由于系统的温度变化不大 热引起的电阻变化被忽略 因此 电流也是不变的 当电压 V 求解后 可以用于下式中求解焦耳热 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 间接方法 过程 在ANSYS中由两个基本方法进行序贯耦合场分析 它们主要区别在于每个场的特性是如何表示的 物理环境方法 单独的数据库文件在所有场中使用 用多个物理环境文件来表示每个场的特性 手工方法 多个数据库被建立和存储 每次研究一种场 每个场的数据都存储在数据库中 在下面我们将对每种方法和其优点加以讨论 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 物理环境 为了自动进行序贯耦合场分析 ANSYS允许用户在一个模型中定义多个物理环境 一个物理环境代表模型在一个场中的行为特性 物理环境文件是ASCII码文件 包括以下内容 单元类型和选项节点和单元坐标系耦合和约束方程 分析和载荷步选项载荷和边界条件GUI界面和标题 在建立带有物理环境的模型时 要选择相容于所有物理场的单元类型 例如 8节点的热块单元与8节点的结构块单元相容 而不与10节点结构单元相容 yes no 在使用降阶单元形状时要注意 具有相同基本形状的单元不一定支持该种单元的降阶模式 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 物理环境 续 除了相似的单元阶次 形函数阶次 和形状 绝大多数单元需要相似的单元选项 如平面2 D单元的轴对称 以满足相容性 但是 许多载荷类型不需要环境之间完全相容 例如 8节点热体单元可以用来给20节点结构块单元提供温度 许多单元需要特殊单选项设置来与不同阶次的单元相容 单元属性号码 MAT REAL TYPE 在环境之间号码必须连续 对于在某种特殊物理环境中不参与分析的区域使用空单元类型 type zero 来划分 如 在电磁场分析中需要对物体周围单空气建模而热和结构分析中不用 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 同时 确认网格划分的密度在所有物理环境中都能得到可以接收的结果 如 物理环境方法允许载一个模型中定义最多9种物理环境 这种方法当考虑多于两个场的相互作用时或不能在每个环境中使用不同的数据库文件的情况下比较适用 要得到关于间接问题的物理环境方法 可以参考 耦合场分析指南 的第二章 物理环境 续 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 热 应力分析 在本章的后面部分 我们考虑一种最常见的间接耦合分析 热 应力分析 热 应力分析是间接问题 因为热分析得到的温度对结构分析的应变和应力有显著的影响 但结构的响应对热分析结果没有很大的影响 因为热 应力分析只涉及到两个场之间的连续作用 我们可以使用手工方法 MM 进行顺序耦合而不必使用相对复杂的物理环境方法 PEM 这里是手工方法的几个优点和缺点 优点 在建立热和结构模型时有较少的限制 例如 属性号码和网格划分在热和结构中可以不同 PEM需要所有的模型都是一致的 MM方法是简单而且适应性强的 ANSYS和用户都对它进行了多年的检验 缺点 用户必须建立热和结构数据库和结果文件 这与单独模型的PEM方法对比 需要占用较多的存储空间 MM如果再考虑其它场时会比较麻烦 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 基本过程 在热 应力分析中 由温度求解得到的节点温度将在结构分析中用作体载荷 当在顺序求解使用手工方法时将热节点温度施加到结构单元上有两种选项 选择的原则在于结构模型和热模型是否有相似的网格划分 如果热和结构的单元有相同的节点号码 1 热模型自动转换为结构模型 使用ETCHG命令 见相应单元表格 温度可以直接从热分析结果文件读出并使用LDREAD命令施加到结构模型上 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 基本过程 续 如果热和结构模型的网格有不同的节点号码 结构单元与热模型网格划分不同 为了得到更好的结构结果 结构体载荷是从热分析中映射过来 这需要一个较复杂的过程 使用BFINT命令对热结果插值 不能使用物理环境 下面对比一下使用相同或不同网格的区别 2 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 热 应力分析流程图 相同网格 5A 将热模型转换为结构模型 ETCHG 5a 清除热网格并建立结构网格 Yes Option1 No Option2 5B 读入热载荷 LDREAD 5b 写节点文件 NWRITE 并存储结构文件 5c 读入热模型并进行温度插值 BFINT 5d 读入结构模型并读入体载荷文件 INPUT 6 指定分析类型 分析选项和载荷步选项 7 指定参考温度并施加其它结构载荷 8 存储并求解 9 后处理 结束 1 建立 加载 求解热模型 2 后处理确定要传到结构的温度 3 设置GUI过滤 改变工作文件名并删除热载荷 CEs CPs 4 定义结构材料特性 开始 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 1 建立热模型并进行瞬态或稳态热分析 得到节点上的温度 2 查看热结果并确定大温度梯度的时间点 或载荷步 子步 3a 将GUI过滤设置为 Structural 和 Thermal 3b 改变工作文件名 2 1 3b 下面是热 应力分析的每步细节 3a 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 3c 删除所有热载荷3d 删除耦合序列和约束方程 3d 3c 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 4 定义结构材料特性 包括热膨胀系数 ALPX 4 非线性材料特性如塑性和蠕变在数据表格下定义 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 下面两页 步骤5A和5B 假设热网格在结构中同样使用 选项1 5A 改变单元类型 从热到结构 ETCHG命令 检查实常数和单元选项是否正确 5A Resetsoptions Retainsoptions 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 5B 从热分析中施加温度体载荷 LDREAD命令 9 Solvecurrentloadstep 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 下面六页 步骤5a 5d 假设热网格不在结构模型中使用 选项2 5a 清除热网格 删除热单元类型并定义结构单元类型 改变网格控制并划分结构模型 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 5b 选择温度体载荷的所有节点并写入节点文件 5b 指定节点文件名 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 5c 存储结构模型 将工作文件名改为热工作文件名 读入热数据库 进入通用后处理器 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 读入需要的结果序列 并 进行体载荷插值 节点文件名 写出的载荷文件名 用于写多个载荷文件 使用体 体 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 有些情况下热网格和结构网格并不完全一致 这时 ANSYS对超过热模型的结构模型节点进行体载荷插值 缺省的判断准则是看插值的结构节点到热单元边界的距离是否小于单元边长的0 5倍 一个在5 4版没有写入手册的特性允许用户控制该公差数值 本命令没有GUI路径 因此 命令只能在输入窗口中手工输入 BFINT Fname1 Ext1 Dir1 Fname2 Ext2 Dir2 KPOS Clab KSHS 使用BFINT插值 EXTOL 例如 如果结构网格包括在热模型中不存在的圆角时 许多节点将落在热模型的外面 如果圆角足够大而且热模型足够细致 圆角区域的载荷将不能写出 Usingthedefaulttolerance thesetwonodeswouldnotbeassignedaload 热网格 结构网格边界 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 5d 退出通用后处理器 将工作文件名改为结构工作文件名 读入结构数据库 进入求解器 读入载荷文件施加温度载荷 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 6a 定义结构分析类型 缺省为静态 6b 指定分析选项 如求解器选项 6c 指定载荷步选项 如 输出控制 6a 6b 6c 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 7a 设置求解热膨胀时自由应变参考温度 TREF 7 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 流程细节 续 7b 施加其它结构载荷 8 存储模型并求解当前载荷步 7b 9 8 9 结果后处理 结构 热耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 ANSYS流 固耦合分析 ByXiaojunWang 2009 问题概述 在这个教程中 运用一个简单的摆动板例题来解释怎样建立以及模拟流体 结构相互作用的问题 其中流体模拟在ANSYSCFX求解器中运行 而用ANSYS软件包中的FEA来模拟固体问题 模拟流固相互作用的整个过程中需要两个求解器的耦合运行 ANSYS MultiField求解器提供了耦合求解的平台 ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 模拟中固体问题的描述 开始模拟运行ANSYSWorkbench点击EmptyProject将出现Project界面 在此界面中有一个一个未存储的Project选择File Save把目录设在你的工作目录 文件名设为OscillatingPlate点击Save在Project界面左边工作面板的LinktoGeometryFile下 点击Browse 打开所提供的OscillatingPlate agdb文件确认OscillatingPlate agdb被选 高亮显示 点击Newsimulation ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 模拟中固体问题的描述 建立固体材料当模拟界面展开 在模拟界面左边的目录树中展开Geometry选择Solid 在底下Details窗口中 选择Material紧连材料名StructuralSteel 用鼠标选择NewMaterial当EngineeringData窗口出现 鼠标右击NewMaterial 并重命名为Plate设置Young sModulus 杨氏模量 为2 5e06 Pa Poisson sRatio 泊松比 为0 35 Density 密度 为2550 kgm 3 点击位于Workbench界面上方的Simulation以回到模拟界面 ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 模拟中固体问题的描述 基本分析设置从工具栏选择NewAnalysis TransientStress选择AnalysisSettings 在Details窗口 设置AutoTimeStepping为off设置TimeStep为0 1 s 在整个窗口底边靠右的TabularData面板 设置EndTime为5 0 ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 模拟中固体问题的描述 加入载荷 固定支撑 为确保薄板的底部固定于平板 需要设置固定支撑条件 右击目录树中TransientStress 在快捷菜单中选择Insert FixedSupport用旋转键旋转几何模型 以便可以看见模型底面 low y 然后选择并点击底面 low y 在Details窗口 选择Geometry 然后点击NoSelection使Apply按钮出现 如果需要 点击Apply以设置固支 ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 流固界面右击目录树中TransientStress 在快捷菜单中选择Insert FluidSolidInterface用旋转键旋转几何模型 以便可以方便的通过钮在流固界面上选择三个面 low x high yandhigh xfaces 注意这样会自动生成1个流固界面 ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 压力加载右击目录树中TransientStress 在快捷菜单中选择Insert Pressure在Geometry中选择low x面在Details窗口 选择Magnitude 用出现的箭头选择Tabular Time 在整个视窗的右底边TabularData面板 在表中相对应于时间为0 s 设置压力为100 pa 表中需要继续输入两排参数 100 pa 对应于0 499 s 0 pa 对应于0 5 s 模拟中固体问题的描述 加入载荷 ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 模拟中固体问题的描述 记录ANSYS输入文件 现在 模拟设置已经完成 在Simulation中ANSYSMultiField并不运行 因此用求解器按钮并不能得到结果然而 在目录树中的高亮Solution中 选择Tools WriteANSYSInputFile 把结果写进文件OscillatingPlate inp网格是自动生成的 如果想检查 可以在目录树中选择Mesh保存Simulation数据 返回OscillatingPlate Project 面板 存储Project ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 创建一个新的模拟 开始ANSYSCFX Pre 选择File NewSimulation 选择General并点击OK 选择File SaveSimulationAs 在Filename栏 敲入OscillatingPlate 点击Save 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 输入网格右击Mesh并旋转ImportMesh 选择提供的网格文件OscillatingPlate gtm 点击Open ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 设置仿真类型 选择Insert SimulationType 应用以下设置 点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 建立流体物质1 选择Insert Material 2 把新物质名定义为Fluid 3 应用以下设置4 点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 创建域 为了使ANSYSSolver能够把网格变形信息传递给CFXSolver 在CFX中必须激活网格移动 重命名DefaultDomain为OscillatingPlate 并打开进行编辑应用以下设置点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 创建边界条件流体外部边界创建一个新边界条件 命名为Interface 应用以下设置点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 对称边界条件创建一个新边界条件 命名为Sym1 应用以下设置点击OK创建一个新边界条件 命名为Sym2应用以下设置点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 设置初始值点击GlobalInitialization应用以下设置点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 设置求解器控制点击SolverControl应用以下设置点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 设置输出控制点击OutputControl点击TrnResults键创建一个瞬态结果 用默认的文件名对TransientResults1应用以下设置点击Monitor键选择MonitorOptions ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 在MonitorPointsandExpressions下点击Addnewitem 采用默认的名字设置Option为CartesianCoordinates设置OutputVariablesList为TotalMeshDisplacementX设置CartesianCoordinates为 0 1 0 点击OK ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 设置流体问题 在ANSYSCFX Pre中设置ANSYSMultiField 输出求解器文件 def 点击WriteSolverFile如果PhysicsValidationSummary对话框出现 点击Yes以继续应用以下设置确选择是StartSolverManager 点击Save如果发现文件已经存在 点击Overwrite退出ANSYSCFX Pre 自己决定是否存储模拟文件 cfx ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009 通过ANSYSCFX SolverManager获得结果 ANSYSMultifieldsimulation的运行需要CFX和ANSYS联合求解确认DefineRun对话框出现在MultiField键 确认ANSYS输入文件地址是正确的确认ANSYSInstallRoot设置是正确的点击StartRun ANSYS流 固耦合分析示例 ByXiaojunWang 2009