(完整版)流固耦合教学

1、 1、打开ANSYSWorkbench,拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。Gcijneb?EnTrffjri|2*GeimbyT、BTrimetStROXira槽ErnerrngBla*GeonrtiT僵SrtjQ)SciJfcn：2HesJE官IF亦刊列!fa*He*仁SetupTa-OSoften於EwJtSJFindPw(nwft)$1Syrlen:ftSrMJScMnJ耳弓怔eCcypls2Q险融TjRepjHs2、打开第一个模块当中的Geometry，建立几何模型:(1)在XYPlane内建立ShipShell船长：0.4、船宽：0.14、型深0.11将第一个Solid重命名为S

2、hipSolid白1Partj1.Body“y0ShipSolid在Concept中选择SurfacesFromFaces，选中模型的六个面，然后Apply、Generate。重命名第二个ShipSolid为ShipShell白#与2Part2Eodie&“)ShipSolid1“討口ShipShll右击ShipSolid,选择HideBody，显示ShipShell,然后对ShipShell执行同样操作(即隐去)(2)在YZPlane内建立液舱单击*(NewPlane),选择YZplane,arie,Apply一下Generate一下，然后Showbody一下ShipSolid与ShipSh

3、ell将YZPlane向X正方(图中为法向，即Z)向偏移0.02mDetailsView耳DetaiIsofPlane4PlanePlane4TypeFromPlaneBasePlaneVZPlaneTrans-fornn1RMB)offsetZFD1,Value10.02mTranfform2fRMB)NoneReverseNcrmal/Z-Axi5?No口ipxy-Axes?NoExportCoordinateSystem?No再将ShipSolid与ShipShell都Hide，选择Plane4,调为正视，Generate一下扌斗Plans42Paris,2Bodies新建一个Sketc

4、h:单击占，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VerticaK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:H12O.DlmH140.15m匚H15D.lITVL30.01m.V165.1m单击Extrude（拉伸），设置Operation（下拉列表中改选为AddFrozen）与拉伸尺寸（0.1m）：Cj-irudi!ILainidiuGaoTHlrOperai占（MFrootflOwwoanh

5、xicfhufiiruruiJiDvwAcnNcmdFtoed.F啊D-rfp-ih4n阳ihB.?Ancr?应TOfKlkfp?to3HMpr：l*k*4Kig丄SriEh5kvfchJ*然后Generate一下建立舱壁：在Concept中选择SurfacesFromFaces，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一下将第三个Solid重命名为Fluid，拉伸后的效果如下:2才輕33Bodies；iS-hipSolid劇ShipShell“討Fluid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Operati

6、on属性同样选为AddFrozen）,Generate一下，同样把第四个Solid重命名为Fluid将第五个Fluid重命名为FluidShellL三再SurfacesFromFaces一次，选中“应变片”，Apply，Generate，同样将其重命名为FluidShell口uicdFluid选中Fluid（内流场），将其属性改为Fluid,（Fluent中默认均为Solid）DetailsView早-DetdiIsofSlklElie5：2口uid/&olid口uid选中“内流场”右击，选择FormNewpart，并重命名为Fluid再选中舱壁（FluidShell）7匕FluidShell

7、也组成一个part，并重命名为FluidShell到此，液舱（内流场与舱壁）就建完了，然后将二者都执行Hidebody（3）在ZXPlane内建外流场先确定外部尺寸，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选择，调整为正视，旋转坐标系拉伸（Extrude）一下，拉伸长度为船长，即0.4m,其中Operation选择AddFrozen,Generate一下图中显示外流场把船体的位置给空了出来，将“匚重命名为OutFluid,同时将属性改为Fluid口ui

8、dAolid口uid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SliceType中选择Slicebysurface，点击TargetFace，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。在SliceTargets中选择SelectedBodies，点击一下Bodies，选中外流场，Apply一下，再Generate，此时外流场就被分为两部分。再分别以船体所在位置内侧（以逆时针）第二、第三、第四个面为TargetFace，同样进行切分操作。最终结果如

9、下所示：外流场被切分成8个体IyOutfluidj“#Outfluid|Outfluid|vOutfluidOutfluidj“OutfluiddEQutfluid二将这8个体组成一个part，并重命名为OutFluid：+卓二将ShipSolid、ShipShell、Fluid及FluidShell部分同时showbody，可以看到整个模型（包括外流场、船体、液舱及内流场）至此，几何模型建立完毕，退出，在project中保存，命名为try-2015.12.073、材料设置Materials点击打开EngineeringData，单击01EngineeringdataSaurueE，选择表中找

10、到结构钢（Structural）,右击，选择AddtoB2，单击EngineeringDataSources返回OutlineofSchematicB2:Engne亡ingData设置StructuralSteel1的材料参数（这里只对Density（密度）和YoungsModulus（弹性模量）进行设置）：PropeLesofCutline3;Struchjral5feel宙Density2700kgmA-3T|表中找到以下两个参数，并照此设置2E+14YoungsModulus这代表刚性同样对StructuralSteel2进行设置，密度一样，弹性模量改为2E+10，这表示为弹性（相对St

11、ructuralSteel1）单击PejE，回到Project，并保存（1）点击Model，即B:TransientStructural-MechanicalANSVSMultiphysic4、网格划分与加载将ShipSolid、Fluid、OutFluid进行Suppress，点击ShipShel1,进行如下设置Details,ofShipShellGraphicsPropertiesefinitwnNqStiffnessBehaviorFlexibleCoordinateEyrtemDefaultCoordinteiyst.R.-eferenceTemper-aiureByEnvironm

12、entThickness4e-003rmThicknessModeManualOffsetTypeMiddle-MaterialAssignmentStructuralSteelNonlinearEffectsNoThermalStrainEffectsNc点击FluidShell，把子项中全部选上，进行如下设置DeiailsofMultiple-SelectionGraphicsPropertiesDeFnitionSuppressedNoStiffnessBehaviorFlexibleCoordinateSystemDefaultCoordin-ateSy盘Referencelennpe

13、ratureByEnvironmentThicknessS.e-003rmIhickne-EEMo-deManusilOffsetTypeMiddleMaterialAES-ignMent&.trurturalS-tee-l2NonlinearEffectsNaThermalStrainEffectsNoHide一下ShipShell，先划液舱的网格右击mesh,在Insert中选sizing,先选中除与“应变片”共边的其他10条边DetailsofEdge-Sizing-Sizing-ScopingMethodGeometrySelectionGeometry10E-dgeE-Definit

14、io-nSuppressedNoTypeNumberofDivisionsMumberofDivisions10B-ehavior5卅CurvatureNormalAngleDefaultGrowthRiteDefeultBiasTypeNoBiasLocalMinSizeDefaultCO.m，网格单位长度为0.01m再选中剩下的两条边（除去了与“应变片”共部分），每条边撒9个点（由于“应变片”边长也为0.01m）Show下ShipShell，同样对ShipShell划分网格先对船长方向的四条边划分，等分为36份再同时选中剩下的8条短边，等分为10份右击mesh,在Insert中选Metho

15、d，在模型框（蓝底）中右击，选SelectAll,Apply一下口etsils-ofnMul-ti2oneQuad/TriMethod1-Met.-ScopeScopingMethodCeoimetrySelectionGeometry3Bodies-DefinitionSuppr-es&edNcMethodMultiZbneQuad/TriSurfaceMeshMethodUniformElementMidideNodesUk-GlobalSettin-gFreeEaceMeshlypeQuad/TriElementSizele-002m-AdvanelPreserveBoundariesP

16、rotectedMeshELawdDefeaturinqri右击mesh，左击GenerateMesh，生成网格若需查看液舱的网格，则Hide下ShipShell，再单击一下mesh即可(2)约束及时间步长的设置S“Transient由“十总1I临对匚onditons单击AnalysisSettings，然后进行如下设置“了匚:AnalysisSettingsDetsikofAnalys-isSettingEStepContrcbNumberOfSteps1.CurrentStepNumber1.StepEndTime10.5AutoTimeSteppingOffOefineByTimeTim

17、eStepl.e-0025.TimeIntegrationn0krerCsnfcrclsEkilverTypeProgmitControlledWeakSpringsPrognarmControlledLargeJefl-ectioniOn施加重力：单击j八山，选择StandardEarthGravity施加3个流固耦合：单击，选择FluidSolidInterface，重复操作3次?漠FluidSol泊Interfoe“FluidSol泊IntErfecE2“？电.FluidSol泊InterPoe3单击第一个FluidSolidInterface，选中液舱的6个面“应变片”处不要选），Ap

18、ply单击第二个FluidSolidInterface，选中“应变片”，ApplyShow一下ShipShell单击第三个FluidSolidInterface，选中长边所在的四个面，Apply再选中ShipShell的全部短边所在的两个面，单击，选择Displacement在DetailofDisplacement中限制Y方向位移为0,其他不作设置（这是因为浪沿着x方向,按理y方向不应该有位移）横摇角的测量：先测出两个点在Z轴方向的位移，其位移差除以船宽，再进行一个反正弦运算即可得到横摇角（弧度值，若需要度数，则还需乘以360再除以2），具体操作方法为：右击Solution,如下选择Elre

19、ssToolSkflinE储呦LiRMFllBd搐雪GanuiCiTeel5tresscsStion姬AnguLjrVeli8y奄取阳由ration皱AngularAcceleration于.p定义两个：DeformationProbeDeformationProbe2点击第1个DeformationProbe，选中第1个点（图中所示），Apply并在具体属性中设置ResultSelecticiniZAxis点击第2个DeformationProbe,选中第2个点（图中为第一个点右侧的点），Apply,同样在具体属性中设置ZAxis监测模型的应力应变：右击Solution，如下选择St1jJC

20、fciirGenerCshpshell$0用Fluid自*血FlutlShelx齣FhidEbelKGFhid91由直jOlHFkid先划分内流场(Fluid)的网格，故将外流场(OutFluid)Hide下划分网格的具体步骤不再赘述，看图即可detailsofEdgeSizing-Sizing接着ScopeScopingMethodGeometrySelectionGeometry11EdgesDefinitionSuppressedNoTypeNumberofDivisionsNumberofDivisions10DetailsofEdgeSizing2-SizingScopeScopin

21、gMethodGeometrySelectionGeomretry4EdgesDefinitionSuppressedNoTypeNumberofDivisionsINIomberofDivisioiis9-然后Show下OutFluid，同时Hide一下Fluid从左往右划分-ScopeScopingMethodGeometrySelectionGeometry&Edg-es-DefinitionSuppressedNoTypeNumberofDivisionsNumberofDivisions20甲増.lifeu5电社u.n.DetailsofEdgeSising3-Sizing耳iWlD

22、etailsofEdgeSizing4-SizingXfJF-SviaSoftCurvatureNormalAngleDefaultGrowihRateDefaultBiasType-二JBiasOptionBinsFactorBiasFactor20.ThenOetRlsofEdgeSizing&-Sizing-ScopeSGopingMethcuiGeometrySel-ectionGeometry&Ed-gee-SuppressedNoTypeNumbererfDivisions；NumbercfDivisions20B-这部分网格我们定义的是由密到疏，但是划出来后发现有个别边的渐变与定

23、义恰恰相反，这个问题可以通过DetailofEdgeSizing下的ReverseBias来解决，点一下ReverseBias右边的选项框，然后同时选中变化相反的几条边，Apply下即可（以后遇到类似的问题即可用此功能解决，这个功能在15.0及以上的版本中都有）”-|)这部分是最上面的ThenDetailsofEdgeSizing丁-Sizing甲Scope5-copin-gMethodGeometry&elerfionGeometry3EdgesDefinitionSuppressNcTypeNumb-erofDivi&ionsNunbeofDwisi口帀30这部分是最下面的ThenDeta

24、ilsofEdge-SizingS1-Sizing-ScopingMethodGeometrySelectionGeometry-Definitio-nSuppressedNaTypeNumberofCivi&icins霞NumberofDivisiors这部分是中间的（要求船舶运动具有较好的精度，需加密网格）ThenDetails-ofEdge-Sizing9-SizingQScopingMethodGeometrySelectionGeometry16EdgesDefiniEionSuppressedNaTypmNjmbe-rofDiviiionENumberoiDivisions这部分是

25、外流场宽度方向的网格，划分的时候可将坐标系旋转至合适位置Show下Fluid右击Mesh，在Insert中选择MappedFaceMeshing，在模型所在蓝色区域右击，选择SelectAll,Apply一下；在工具栏中单击GenerateMesh（或在Mesh中找到GenerateMesh） 1注：生成网格后可能会发现网格仍然不整齐或者部分区域变形严重等现象，我在初次做这个例子的时候也遇到这个问题，经检查发现，网格本身划分没错误，规整六面体网格类型的设置也是对的，但若将所有的Behavior选项选为soft的话就会出现这种情况，当改选为hard时，重新生成一次网格就正常了。（4）流体域边界定

26、义在上一项的基础上，将OutFluid隐去，在Fluid中进行如下操作空出“应变片”在蓝色区域右击，选择CreateNamedSelection，命名为FSI1（对应于结构模块中的FluidSolidSurfacel）用同样的方法定义“应变片”为FSI2Show下OutFluid,为便于查看，可以点一下mesh，再点一下选中与船相邻的4个面用上述同样的方法命名其为FSI3用同样的方法将OutFluid顶部的面选中，并命名为Out将OutFluid首部（面）选中，并命名为movingwall（推板）将OutFluid底部的面及尾部（面）选中，并命名为wall分别将OutFluid前面及背面选中，分别命名为syml和sym2（意思是对称面或镜像面）至此，流体域的网格划分及设置结束，退出，回到Project，update一下mesh，保存，退出Project将已保存好的try-2015