用户67863212
范文一：ansys流固耦合例子
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范文二：ansys应用-流固耦合
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
一 、 实 现 单 向 流 固 耦 合 的 方 法 主 要 有 两 种 :Design Simulation(AWB)和 Ansys Classic。
(1) 、 Design Simulation方法流程 :
Design Simulation中的 CFX Loads菜单, 其中有 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。
(2) 、 ANSYS Classic 方法流程 :
a. ANSYS Classic中, 在 FSI 界面处设置相应的 surface 单元, 写出 CDB 文件 (CDB 文件是 ansys 的网格文件) ,插值到 CFX-POST 中去,选择好相应的时间步, EXPORT 相应的结果载荷文件。
图 1
b. 利用 ANSYS 中的 Read input from命令读入结果载荷。
二 、 实 现 双 向 流 固 耦 合 的 方 法 主 要 有 三 种 :CFX+Design Simulation(AWB)、 CFX+ANSYS Classic 和 MFX+ANSYS Classic+CFX。
(1) 、 CFX+Design Simulation(AWB)方法流程 :
1、 Design Simulation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 Simulation Type中设置好 External Solver Coupling为 ANSYS MultiField , 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 Mesh Motion设 置为 ANSYS MultiField。 CFX 中有默认的与 ANSYS FSI 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/Solver Units设置单位,以保证 ANSYS 与 CFX 中的 单位一致。
6、 在 CFX 的 Solver/Solver control下的 Basic Settings中设置 CFX 求解的收 敛条件,并在 External Coupling 下设置与 ANSYS 的求解先后顺序及 MFX 的 一系列高级设置。
7、设置完毕后在 CFX 的 FILE 菜单下 write Solver file,生成 *.def文件。
8、 进入 CFX-Solver 下设置好 CFX 求解文件和从 Design Simulation中写出的 ANSYS 文件,直接求解 RUN 即可。
(2) 、 CFX+ANSYS Classic方法流程 :
1、 ANSYS Classic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 等等。
3、在 MFX 下的利用 write input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、同方式一中的 4至 6步。注意的是 CFX 中的单位要与 ANSYS Classic 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 write Solver file, 写出 CFX 的求解文件。
7、同方式一中的第 8步。
(3) 、 MFX+ANSYS Classic+CFX方法流程
1、 ANSYS Classic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 等等。
3、在 MFX 下的利用 write input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、同方式一中的 4至 6步。注意的是 CFX 中的单位要与 ANSYS Classic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 write Solver file,写出 CFX 的求解文件。
7、 在 ANSYS Product Launcher 打 开 MFX-ANSYS/CFX环 境 设 置 , 进 行 MFX-ANSYS/CFX setup,在其中把 ANSYS 写出的 DAT 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+Design Simulation(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+Design Simulation(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,所以耦合边界上不要求网格的连续性。
图 2
在这种网络上比较流行的 FSI 双向流固耦合方法中, 将会产生如 下的文件:
(1) 、固体文件:*.inp---ansys input file
Inp 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。
(2) 、流体文件:*.msh or *.cas---fluent网格文件 /项目文件
这里因为使用外部网格,可使用 fluent 的网格文件,也可以 由 ICEM CFD 直接生成 CFX 的网格文件,没有影响。 *.msh 中包 含流体网格和 named section。 (named section 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 ANSYS APDL、 ANSYS WORKBENCH 或者 Hypermesh 生 成; *.msh可以由 ANSYS WORKBENCH、 ICEM CFD、 Gambit 等 生成。本例中, 2 者都用 ansys workbench 生成。
(3) 、 MFX 使用的文件:*.def
MFX 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。
(4) 、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 Transient Structural 导出 *.inp结构文件, 然后再导入 CFX 中进行分析, 这样对于直接运 用 AWB help 中的方法而言,处理同样大小的模型所需要的内存较 小,容易在普通微机上计算,不会出现如下的错误:
+=================================================
===================+
| ****** PROBLEM REPORT ****** |
|--------------------------------------------------------------------|
| Subsystem: Input |
| Subroutine name: ErrAction |
| Severity level: Fatal Error |
| Error message number: 001100279 |
|--------------------------------------------------------------------|
| Message: |
| |
| Stopped in routine MEMERR |
| |
| |
| |
| |
| |
+=================================================
===================+
+--------------------------------------------------------------------+
| An error has occurred in cfx5solve: |
| |
| Error interpolating results onto the new mesh: |
| /usr/ansys_inc/v130/CFX/bin/linux-amd64//solver-pvm.exe exited |
| with return code 1. |
+--------------------------------------------------------------------+
如果运用 ANSYS help中的方法计算流固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序或者把你的模型改小。 不过, 使用 ANSYS help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 ANSYS help中的流程。
此外,运用 APDL 语言在 ANSYS CLASSIC 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,所以就写一个吧,尽量写详细点 \(^o^)/~。
具体步骤:
1. 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)
图 3
2. 在 setup 处单击鼠标右键,弹出如图 4的对话框,本例中按照图 2选择,添 加流体计算的 CFX 部分:
图 4
3. 由于计算在 CFX 中进行,因此可以右击 solution ,然后选择 delete ,将固 体部分的计算去除,如图 5:
图 5
4. 本例中使用的材料刚度相对较小,因此需要定义一个新的材料,双击 engineering data,在里面定义一个新材料 plate ,具体参数如图 6所示。
图 6
5. 在 Geometry 中导入 OscillatingPlate 模型(这个模型 ANSYS 自带着,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) 。 6. 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, 所以先将流体部分 suppress 掉,然后划分网格(这里就选自动了) 。如图 7所示:
图 7
然后定义固定约束,给 -Y 面添加固定约束,如图 8所示:
图 8
设定流固耦合的相互作用面 (就是 -X,+X和 +Y面 ) ,如图 9所示:
图 9
定义 analysis setting中的载荷步参数, 并且打开大变形, 具体设置如图 10:
图 10
7. 直接 update 瞬态结构框中 setup 标签后, 就可以进入 CFX 中, 进行相关的 设置了。
8. 双击 CFX 中的 mesh 标签, suppress 掉结构模型,给流体模型划分网格。 网格划分完之后,建议定义区域,这样做有利于后面边界条件的定义。右击 模型树中的 Model->insert->named selection来定义域,具体操作如图 11所示。将流体的 -X 面定义为 inlet , +X面定义为 outlet ,与固定接触的 面定义为 interface , +Y和 -Y 面定义为 wall , +Z定义为 sym1, -Z 定义为 sym2。
图 11
9. 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 analysis type,设置基本属性,具体设置如图 12所示:
图
12
然后右击 material 标签,选择 insert->material,设置一种新的流体材料 Material 1,材料的具体参数如图 13所示:(basic setting不变)
图 13
双击 Default Domain 设定流场区域的属性。选择刚才定义的材料,并且设定 Mesh Deformation 为 Regions of Motion Specified(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 14
图 15
然后, 使用 开始建立和设定边界,包括 inlet , oulet , wall , sym1, sym2和 interface ,各项的具体设置如图 16至图 20所示:
图 16.inlet 的设置
图 17.outlet 的设置
图 18.wall 的设置
图 19.sym1和 sym2的设置
图 20.interface 的设置
边界定义完之后,就是给设置初始条件,使用 定义初始状态,具体的设置如 图 21所示:
图 21
定义 solver control,具体设置如图 22:
图 22
定义 output control,具体设置如图 23:
图 23
10. 回到 AWB 界面, 双击 solution 进入 CFX-slover 模块进行计算。 顺带提下, 在 ansys slover中的曲线图, CRIT 曲线是收敛目标, L2曲线是实际计算值, 为了达到收敛, L2曲线需要低于 CRIT 曲线。
11. 计算完成之后,双击 results 标签,进入后处理。处理实际工程问题是,这 不很重要,由于本例只是试验,主要讲个流程,所以具体的后处理就不详述 了,根据需要可以画等高线图,矢量图和流线图等等。本文就贴几张图随便 看看:
图 24
图 24是流体与固体在某载荷步下的位移图,这图可以简单的检验下计算是 否运行了流固耦合计算。
图 25
图 25是流体和固体在达到平衡过程中,流体的运动矢量图。
范文三：ansys流固耦合模态分析
有问题可以发邮件给我一起讨论xw4996@163.com
FSI流固耦合命令求解流固耦合问题
使用ANSYS计算结构在水中的模态时, FLUID29,FLUID30单元分别用来模拟二维和三维流体部分,相应的结构模型则利用PLANE42单元和SOL ID45等单元来构造～其中～PLANE42和SOL ID45分别是用来构造二维和三维结构模型的单元。FLUID30是流体声单元,主要用于模拟流体介质及流固耦合问题。该单元有8 个节点,每个节点上有4 个自由度,分别是XYZ上3个方向位移自由度和1个压力自由度,为各向同性材料。输入材料属性时,需要输入流体的材料密度(作为DENS 输入)及流体声速(作为SONC输入),流体粘性产生的损耗效应忽略不计。FLUID29是FLUID30单元在二维上的简化～少了一个Z向的位移。SOLID45单元用于构造三维实体结构。单元通过8 个节点来定义,每个节点有3 个沿着XYZ方向平移的自由度。PLANE42是SOLID45单元在二维上的简化。
在利用ANSYS建模分析时,流场域单元属性分为2种,由KEYOPT(2)(指定流体和结构分界面处结构是否存在) 控制,在流固耦合交界面上的单元KEYOPT(2) = 0 ,表示分界面处有结构,其他流体单元KEYOPT(2)=1,表示分界面处无结构。流体-结构分界面通过面载荷标志出来,指定FSI label可以把分界面处的结构运动和流体压力耦合起来,分界面标志在分界面处的流体单元标出。
数值分析的步骤
1) 建立流体单元的实体模型。建立流体模型,需要确定流体域的范围,可以把无限边界流体简化成流体区域的半径为固体结构半径的10倍。
2) 标记流固耦合界面。选取流体单元中流固交界面上的节点,执行FSI 命令,流固耦合交界面的处理:流体与固体是两个独立的实体,在划分单元时在两者交界面上的单元网格要划分一致,这样在交界面上的同一位置一般就有两个重合的节点,一个节点属于流体单元,一个节点属于固体单元,这两个重合节点在交界面的位移强制保持一致。
3) 建立固体结构实体模型。建立固体结构模型～定义单元属性～采用映射方式进行网格的划分。
4) 施加约束条件。由于流体区域的尺寸远大于固体结构尺寸～故可以不考虑流体液面的重力的影响～将流体边界处的单元节点上施加压力(PRES) 为零的约束。因为选择的算例为悬臂结构～在固体结构底部加全约束。
5) 选择求解算法～进行求解。定义分析类型为模态分析～设定提取频率阶数和提取模态的方法。因为耦合问题的刚度矩阵～质量矩阵都不对称～需要采用非对称矩阵法(UNSYMMETRIC)求解。
6) 查看结果。进入后处理模块～查看结构模型的频率及振型。
以半浸没与水中的桥墩模态问题为背景～并假设:
1. 桥墩为实心等截面的实体～实际桥墩模型应该是空心壳体～截面尺寸也
非常复杂～因而需要分块划分单元。
2. 不考虑桥墩中的钢筋～简化为由单一的混凝土构成桥墩～密度1.265e4
kg/m3,弹性模量3.15e10 N/m2～泊松比0.167。
33. 不考虑水面重力影响～忽略自由表面波～水的密度1e3 kg/m,音速 1.44e3
m/s。
4. 坝体和水的交界面上～固体节点和液体节点位移耦合在一起～在单元中液体和固体粘在一起。
划分网格后的模型如下:
计算后的模态结果如下～为了方便对比～左侧给出了空气中的模态。
横向振动 第一阶模态
横向振动 第二阶模态
纵向振动 第一阶模态
扭转振动 第一阶模态
横向振动 第三阶模态
实体桥墩的横向振动 纵向振动 扭转振动 固有频率 第一阶 第二阶 第三阶 第一阶 第一阶 空气中频率 0.5545 3.357 8.97 8.63 5.27 水中频率 0.5511 3.212 8.56 6.32 5.27 比例系数 0.994 0.957 0.954 0.732 1
对于半浸没与水中桥墩结构～ANSYS计算的模态结果有点奇怪。对于梁式振动～基本上都没有看出水做为附加质量加入运动微分方程的影响～而将流固耦合交界面上分别属于液体单元和固体单元上的节点强制位移一致～耦合在一起后～计算得到的纵向振动有水和无水的频率差别很大～扭转振动却一样。
范文四：ansys流固耦合模态分析计算方法
ansys 流固耦合模态分析计算方法
模态分析的单元
在使用 ANSYS 计算结构在水中的模态时, FIUID29、 FIUID30单元分别用来模拟二维 和三维流体部分, 相应的结构模型则利用 PLANE42、 SOIID45等单元来构造, 其中, PLANE42和 SOLID45单元用来构造二维和三维结构模型。采用三维模型,流体选用 FIUID30单元, 结构则采用 SOLID45单元。
FLUID30是流体声单元,用于模拟流体介质及流固耦合问题。该单元有 8个节点,每 个节点上有 4个自由度,分别是 X 、 Y 、 Z3个方向的位移自由度和 1个压力自由度,为各 向同性材料。 输入材料属性时, 需要输入流体的材料密度 (作为 DENS 输入 ) , 及流体声速 (作 为 S0NC 输入 ) ,流体粘性产生的损耗效应忽略不计。
SOIID45单元用于构造三维实体结构。单元通过 8个节点来定义,每个节点有 3个沿着 X 、 Y 、 Z 方向平移的自由度。
在利用 ANSYS 建模分析时,流场域单元属性分为 2种,由 KEYOPT(2)(指定流体和结 构分界处结构是否存在 ) 控制,在流固耦合交界面上的单元 KEYOPT(2)=0,表示分界面处有 结构,其他流体单元 KEYOPT(2)=1,表示分界面处无结构。流体一结构分界面应通过面载 荷标志出来,指定 FSIlabel(不需数值 ) 可以把分界面处的结构运动和流体压力耦合起来,分 界面标志必须在分界面处的流体单元标出。
模态分析的步骤
1) 建立流体单元的实体模型。建立流体模型,首先需要确定流体域的范围,针对这个问题, 假定固体结构周围只有有限范围的流体, 数值实验表明, 当流体区域足够大时, 这一假定的 结果与假定流体为无限边界流体的结果的误差应小于 1%。一般情况下可以取流体区域的半 径为固体结构半径 (其中矩形截面取其边长的 1/2作为半径 ) 的 5倍以上。确定出流体区域 的范围后,建立流体单元,并将分界面处的流体单元的 KEYOPT(2)值设置为 0,其他流体 单元 KEYOPT 值设置为 1。
2) 标记流固耦合界面。 选取流体单元中流固交界面上的节点, 执行 FSI 命令, 标记耦合界面。
3) 建立固体结构实体模型。建立固体结构模型,定义单元属性,采取映射方式进行网格的划 分。
4) 施加约束条件。 由于流体区域的尺寸是远大于固体结构的尺寸, 故在流场边界处的单元节 点上施加压力 (PRES)一 0约束。又因为结构为悬臂结构模型,并认为流体区域在悬臂根部 的平面内有边界,所以固体结构模型底部固结,流场底部定义 Z 方向约束。
5) 选择求解类型,进行求解。进入 SOLUTION 求解器,定义分析类型为模态分析,设定提 取频率阶数及提取模态的方法。由于非对称矩阵法 (UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生 成的刚度矩阵、质量矩阵不对称等问题,故采用非对称矩阵法 (UNSYMMETRIC)进行模态 的提取。
6) 查看结果。进入后处理器,查看结构模型频率及振型图
范文五：ansys workbench轴流叶轮机械流固耦合分析实例
ANSYS 14.0中Workbench提供了行流固耦合，进进进进进进进FSI,分析的模,可以十分方进进进进进进进便的流叶机械行气荷分析,包括最大形量和等效力分布。进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进
1.进入ANSYS14.0 Workbench界面。
2.在左下角中的custom system模中第一个流固耦合模进进进进进进进进进进进进进FSI:Fluid Flow(CFX)-static
structural,双。进进
3.屏幕中出了进进FSI模。进进
4.右进A5(solution)进进import solution,入已算完的进进进进进进进进进CFX进果.res文件。
5.进进进进进进进进进进进进进入果后的界面如下所示。CFX部分已完成了算,所以不需要外的置。进进进进进进进进进进进进进进进进进进
6.双进B3，Geometry,入构分析的几何元,初始位进进进进进进进进进进进进进进进进进进meter。
7.进进进进进进进进进进进进进进进进进进入一个叶片的几何体,可以的几何文件型很多,x_t、iges等等都可以。在
CFX中,我通常算的都是多个子,多个叶片,但是进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进
在分析流固耦合,只需入自己心的那个叶片就可以了。进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进
8.然后点进Generate,就可以看到生成的叶片体了。进进进进
8.进进Geometry窗口回到Workbench截面,可以看到此进B3(Geometry)后已成了进进进进进
色的?进进进进进进进,明生成正确。
9.双进B4，model,入。可以看到进进进进进进进Geometry、coordinate system、connections等目进进
前面已是色的号,不需要再行置。进进进进进进进进进进进进进进进进进
10.进进mesh,在左下角的Details of mesh,如行置。进进进进进进
10.右进mesh,进进generate mesh生成网格。
11.生成的叶片网格如所示。进进进进
12.点进static structural ,工具中的进进进进进进进support 下的fixed support,叶片根部添进进进进进进
加束。进进进
13.进进进进进进进中叶根面,点左下角中的Apply,完成束添加。进进进进进
14.点上工具中进进进进进进units,速位进进进进进进进RPM.
15.如所示添加速进进进进进进进
16.按自己的算例入速。进进进进进
17.进进进进入力。
18.在左下角的Details of imported pressure中,Geometry进进叶片表面,CFD surface进进
CFX中置的界。完成后如所示。进进进进进进进进进进进进进进进进
19.进进进进进进进进进进进进出量,形和力
20.进进进进进于可以算了:
21.等待的程也有些漫,不要着急,喝杯茶,放松心情。进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进进
22.进进进进进进进进进算于完成了,看看outline下那一列色的加号吧,进进进进进进进bingo:
23.分点进进进total deformation和stress
24.什,你你不会用进进进进进进进进进CFX,那,敬期待我的后作品。进进进进进进进进进进进进进
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