ansys应用流固耦合

1、流固耦合总结基本概念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。单向耦合应用于流体对固体作用后，固体变形不大，即流体的边界形貌改变很小，不影响流体分布的,可以使用流固单向耦合。先计算出流畅分布,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，导致流体的边界形貌发生改变后,流体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体的影响。两者相互作用,最终达到一个平衡状态（稳态问题中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

2、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。基本方法实现单向流固耦合的方法主要有两种：DesignSimulation(AWB)和AnsysClassico(1DesignSimulation方法流程:DesignSimulation中的CFXLoads菜单具中有Pressure,temperature&convection.可在对应的CFX结果中选择相应的SURFACE和时间及CFX结果。(2XANSYSClassic方法流程:a.ANSYSClassic中，在FSI界面处设置相应的surface单元，写出CDB文侏CDB文件是ansys的网格文件)，

3、插值到CFX-POST中去z选择好相应的时间步，EXPORT相应的结果载荷文件。图1b利用ANSYS中的Readinputfrom命令读入结果载荷。实现双向流固辎合的方法主要有三种：CFX+DesigiiSimulation(AWB)、CFX+ANSYSClassic禾口MFX+ANSYSClassic+CFX。(1XCFX+DesignSimulation(AWB)方法流程:1、DesignSimulation中定义好结构分析中的材料、网格、约束及流体边界。2、写出INP格式的ANSYS结构文件。3、CFX中在SimulationType中设置好ExternalSolverCoupling为

4、ANSYSMultiField，并将第2步中写出的INP格式的ANSYS结构文件选中设为ANSYS文件。4、设置好CFX流体分析的边界条件并将流固耦合的边界面的MeshMotion设置为ANSYSMultiFieldoCFX中有默认的与ANSYSFSI传递的数据。其他的边界条件见CFX流体分析的要求来设置。5、通过CFX下的Solver/SolverUnits设置单位，以保证ANSYS与CFX中的单位一致。6、在CFX的Solver/Solvercontrol下的BasicSettings中设置CFX求解的收敛条件，并在ExternalCoupling下设置与ANSYS的求解先后顺序及MFX的

5、系列高级设置。7、设置完毕后在CFX的FILE菜单下writeSolverfile,生成Tdef文件。8、进入CFX-Solver下设置好CFX求解文件和从DesignSimulation中写出的ANSYS文件，直接求解RUN即可。(2CFX+ANSYSClassic方法流程:1、ANSYSClassic中定义好结构分析中的材料、网格、约束及流体边界。2、设置好MFX中的与CFX相联的系列条件，如载荷时间步及求解类型和步数3、在MFX下的利用writeinput写出ANSYS的流固耦合文件(dat格式4、同方式一中的第3步，不同就是将CFX中联结的ANSYS文件转为第3步写出的DAT文件。5、

6、同方式一中的4至6步。注意的是CFX中的单位要与ANSYSClassic默认的单位保持一致，ANSYS与CFX中默认的耦合条件基本一样,只是在CFX中默认为先求解CFX,而ANSYS中默认为先求解ANSYS,所以此处要注意保持致。6、设置完毕后在CFX的FILE菜单下writeSolverfile，写出CFX的求解文件。7、同方式一中的第8步。(3MFX+ANSYSClassic+CFX方法流程1、ANSYSClassic中定义好结构分析中的材料、网格、约束及流体边界。2、设置好MFX中的与CFX相联的系列条件，如载荷时间步及求解类型和步数3、在MFX下的利用writeinput写出ANSYS

7、的流固耦合文件(dat格式4、同方式一中的第3步，不同就是将CFX中联结的ANSYS文件转为第3步写出的DAT文件。5、同方式一中的4至6步。注意的是CFX中的单位要与ANSYSClassic默认的单位保持一致,ANSYS与CFX中默认的耦合条件基本一样，只是在CFX中默认为先求解CFX,而ANSYS中默认为先求解ANSYS,所以此处要注意保持一致。6、设置完毕后在CFX的FILE菜单下writeSolverfile,写出CFX的求解文件。7、在ANSYSProductLauncher打开MFX-ANSYS/CFX环境设置,进行MFX-ANSYS/CFXsetup,在其中把ANSYS写出的DA

8、T文件和CFX写出的DEF文件分别做为MFX的结构和流体文档。设置完毕后，直接点RUN求解。个人体会由于单向流固耦合以前做过，所以最近主要研究了双向的流固耦合的一些基本操作。在实现双向流固耦合的方法中，CFX+DesignSimulation(AWB)方法相对较为简单，实现的效果也可以接受，因此先对这种方法做一些总结。CFX+DesigiiSimulation(AWB)方法的基本思路可以概括为如下内容:形成两套网格和边界,其中包含了特殊定义的耦合边界和状态、参数，耦合软件将通过定义的耦合边界来传递耦合参数，并指挥流体、固体求解器计算,依次实现双向耦合分析。因为耦合参数是通过插值传递的,所以耦合

9、边界上不要求网格的连续性。CFX-ANSYS双向耦介框架图图2在这种网络上t西交流行的FSI双向流固耦合方法中，将会产生如下的文件:(11固体文件:*.inpansysinputfileInp文件中包含了固体网格，边界条件(如fix约束，受力等),定义的耦合边界以及时间步等信息。(2X流体文件:*.mshor*.casfluent网格文件/!页目文件这里因为使用夕卜部网格，可使用fluent的网格文件，也可以由ICEMCFD直接生成CFX的网格文件，没有影响。*.msh中包含流体网格和namedsection。(namedsection用于按命名区域制定不同类型的边界，必要步骤)以上2种文件是

10、耦合使用的原始文件,可由不同的软件或者手工生成，不影响使用。比如，*.inp可以由ANSYSAPDL、ANSYSWORKBENCH或者Hypermesh生成；*msh可以由ANSYSWORKBENCH.ICEMCFDSGambit等生成。本例中，2者都用ansysworkbench生成。(3XMFX使用的文件：*.defMFX在使用中是从CFX-solver中启动的，*.def实际是CFX-pre交给CFX-solver使用的文件。(41其他格式:其他格式的文件是各软件自己的工程文件类型，不参与耦合计算，只是作为工程文件保存。这样的做法/感觉有个好处:因为通过TransientStructur

11、al导出Binp结构文件，然后再导入CFX中进行分析，这样对于直接运用AWBhelp中的方法而言,处理同样大小的模型所需要的内存较小,容易在晋通微机上计算,不会出现如下的错误:|*PROBLEMREPORT*|I|Subsystem:Input|Subroutinename:EiTAction|Severitylevel:FatalEnor|EiTormessagenumber:001100279)Message:|II|StoppedinroutineNIEMERR|IIIIIIIIII+AileiTorhasoccunedincfx5solve:|II|EiTormteipolatiiig

12、resultsontothenewmesh:|/usr/ansys_mc/v130/CFX/biiilinux-amd64/solver-pTm.exeexited|withreturncode1.|如果运用ANSYShelp中的方法计算流耦合出现这种错误时,说明计算你模型所需要的内存已经超出了你计算机自带的内存了，所以你需要在性能更好的计算机上运行你的程摩或者把你的模型改小。不过，使用ANSYShelp中的流程来计算，个人感觉整个思路相对比较清楚，而且在后处理中很容易同时看到结构和流体的动态变化。因此，我个人还是比较喜欢使用ANSYShelp中的流程。此夕卜,运用APDL语言在ANSYSCL

13、ASSIC中实现流固耦合的方法最近么有时间细看，感觉流程差不多”等有时间看在补上吧。实例演示本来想写三个实例的,不过我好想比较懒,而且过程大同小异，差别不是很大,所以就写f吧”尽量写详细点（人。人）/。具体步骤：打开AWB,由于要做FSI双向流固耦合，所以先在框架中建立瞬态结构场,如图3所示：（如果是单向流固耦合，可以直接使用FSI模块，不过里面的结构场是稳态结构场）公UnsavedProject-VorkbenchFieViewToolsUnitsHelpRefreshProject/UpdateNew二Open.卫Savea!SaveAs.JQImport.TooboxProjectSch

14、emabcAnalysisSystemsmDesignAssessmentElectricExplicitDynamicsFluidFlow-BlowMolding(POLYFLOW)FluidFlowExtrusion(POLYFLOW)FluidFlovz(CFX)FluidFlow(FLUENT)FluidFlow(POLYFLOW)四HarmonicResponse客HydrodynamicDiffracbongHydrodynamicTimeResponse也LinearBucklingMagnetostabc也Modal世jModal(Samcef)邂RandomVibration

15、血|ResponseSpectajm因RigidDynamics旦ShapeOptimization固StaticStructural因StaticStructural(Samcef)Steady-StateThermaljThermal-Electric|TransientStructuMTransientThermalComponentSystemsA1冠TransentStructural2EngineeringData/32Geometry4ModelT5SetupTj6碣SotutionTA70ResultsT4TransientStructural在setup处单击鼠标右键,弹出如

16、图4的对话框，本例中按照图2选择,添加流体计算的CFX部分:卜TfanscntSOrudural2EngreerrgData3Geometry4Model5|4tSettT6袒Solution&fdtU.72ResJtsaDuckateTransientStructurlTrans%DdUFromNew.TransferOatAToNew1CFXI/IUpdatedrowCJCTnfniOearGeneratedDataIoFUdFtow(CFX)MedwvalAPOCReset第RenameProperties图4由于计算在CFX中进行,因此可以右击solution,然后选择delete,将

17、固体部分的计算去除，如图5:GeometryMod-1SetupB-grieeringDataV/磁)Sdubon0ResdteTrcnsi-ntStruzLralB1运FbHFbvi(CFX)12G-oneby?3Mesh寻j起Setup?,s硝SdubonTransiertStructural|XDNtcDupkateTrarsferDataTouaiateClearGeneratedDataResetRenameProcerK本例中使用的材料刚度相对较小f因此需要定义一个新的材料，双击engineeringdata#在里面定义一个新材料plate#具体参数如图6所示。图6在Geometr

18、y中导入OscillatingPlate模型（这个模型ANSYS自带舂z搜下就找到了。当然如果你想自己用proe建个模型来做也可以，不过要注意个人体会里提到的问题，模型不要太大,我们学生计算机的内存好像不太够双击model,进行网格划分，添加约束，设置载荷步及流固耦合作用面等操作。首先，由于现在需要划分固体部分的网格，所以先流体部分suppress掉，然后划分网格（这里就选自动了如图7所示:nunn*穴twitUp0?刘“312“甲弋如血短越$%第致浓因Q宪d-PSinVrMcvvhIIX/X*X*HHCwchnT:令BedWllM图7然后定义固定约束，给-Y面添加固定约束z如图8所示:Out

19、linetZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyR4V.r.YAYxUcs心EX-殳*iM2Cwr4ree5ner丿Zxmc*xa，如S“也TRftzM)ajfCdet!*nnCeMUr；WAflattSSuxg,:t*5Socrt、wf5YtWr?3“4M.MpX*/於*X*X*H|n*JCrkx*xUcsDUZnrttcn”如S血TmKAJ)AttrvelvdHallSaSHTin-t15(lrArfc公EMJe*F“啤MSiopat/XWXJrrZ-SOSettnt讪厂CifiMVr3PUM|T?Mr:%:力:,g9LB加xgMCMt

20、ulatf*5o3Hwf5YtWinsert-namedselection来定义域#具体操作如图11所示。将流体的-X面定义为inletz+X面定义为outletz与固定接触的面定义为interface,+Y和-Y面定义为wallf+Z定义为symlf-Z定义为sym2o图12tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy图11双击CFX中的setup标签，进入CFX-pre模块，对流场进行设定，这步非常关键。双击analysistype,设置基本属性，具体设置如图12所示:DetalsofAnalysisTypenHowAnalysis13ms

21、匕SetthsAnatyssTvpeCptonTimeDuratonrarsentCptcrCoipiingTicreDuraton图12tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy图12tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyTirreStepsCpttciCodingTimzstcps图12tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy图12tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyIni

22、talTimeCptccCasinoIaitalnfnetZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy然后右击material标签,选择insert-materialz设置一种新的流体材料Material1,材料的具体参数如图13所示：（basicsetting不变）BasicSettingsMaterialPropertiestZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyOptionGeneralMate

23、rialThermodynamicPropert)msEquationofStateOptionMolarMassDensitytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafySpecificHeatCapacityReferenceStatehansportProperties0DynamicViscosity|ThermalConductivityRadiationPropertiesBuoyancyPropertiesElectromagneticP

24、roperties图13双击DefaultDomain设定流场区域的属性。选择刚才定义的材料，并且设定MeshDeformation为RegionsofMotionSpecified（动网格设置）。选择流体模型：无传热，无湍流。具体如图14和15所示:图15tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyBasicSettingsFluidModelsImbalizationLocationandTypeLocationDomanTypeCoordinateFrameB60plVFluidDomainCoord0VFluidandPartideDe

25、finitions.Fluid1Fluid1OptionMaterialMorphologyOptionMaterialLibraryVMaterial1VContenuousfluidMinimumVolumeFractionDomainModelsPressure曰图14BasicSettings冋uidModelsInitializationHeatTransferOptionNoneTurbulenceOptionNone(Laminar)图15tZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy图15tZcAraiABtStructuc&ll

26、ach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyCombustionOpbonThermalRadiationOpbon0ectromagneticModeltZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy然后使用茹开始建立和设定边界，包括inletzoulet#wall,syml#sym2和interface,各项的具体设置如图16至图20所示：BasicSettingsBcxndaryDetailsSourcesPlotOptionsjtZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAra

27、iABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyFlowRegimeOptionSubsonicvMeshMotionOptionStationary7NormalSpeed80ms-1MassAndMomentumOptionNormalSpeed图16.inlet的设置BasicSettingsBoundaryDetailsSourcesPlotOptions|BoundaryTypeLocationCoordFrameBasicSett)ngsBounderyDetailsSourcesPlotOptionstZcAraiABtStructuc&llac

28、h4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyFlowRegimeOptionMeshMotionOptionMassAndMomentumOptionRelativePressuretZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy图17.outlet的设置BasicSettingsBoundaryDetailsSourcesBoundaryTypeWallLo

29、cationwallCoordFrameBasicSettingsBoundaryDetailsSources图18.wal1的设置BasicSettingsBoundaryDetailsBoundaryTypeLocationSymmetrysymlBasicSettingsBoondaryDetailsBoundaryTypeLocationSymmetrysym2v图19.syml和sym2的设置BasicSettingsBoundaryDetailsSourcesBoundaryTypeLocationCoordFrameBasicSettingsjBoundaryDetailsSou

30、rcesMeshMotion曰OptionReceivefromANSYSANSYSInterfaceSendtoANSYSANSYSMultiFieldVTotalMeshDisplacementVFSIN.lVTotalForceVMassAndMomentumOptionNoSlipWallv1WallVelocityRelativeToWallVelodty图20.interface的设置边界定义完之后，就是给设置初始条件，使用人。定义初始状态，具体的设置如图21所示:GlobalSettingsCoordFrameInitialConditionsVelodtyTypeCartesi

31、antZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafyCartesianVelocityComponentsOptionAutomaticwithValue0ms-l0ms入1StaticPressureOptionRelativePressureAutomatewithValuetZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafytZcAraiABtStructuc&llach4U.ic*l(4*UYS“宀“)rTfafy图21定义solvercontrolz具体设置如图2