ANSYS流-固耦合計(jì)算方法解析

導(dǎo)讀：流固耦合，是研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體變形對(duì)流場(chǎng)影響這二者相互作用的一門(mén)科學(xué)。它是流體力學(xué) (CFD) 與固體力學(xué) (CSM) 交叉而生成的一門(mén)力學(xué)分支，同時(shí)也是多學(xué)科或多物理場(chǎng)研究的一個(gè)重要分支。

流固耦合力學(xué)的重要特征是兩相介質(zhì)之間的相互作用，變形固體在流體載荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形或運(yùn)動(dòng)。變形或運(yùn)動(dòng)又反過(guò)來(lái)影響流體運(yùn)動(dòng)，從而改變流體載荷的分布和大小，正是這種相互作用將在不同條件下產(chǎn)生形形色色的流固耦合現(xiàn)象。

一、ANSYS流固耦合的仿真策略

當(dāng)你研究的問(wèn)題，不僅涉及到了流場(chǎng)的分析，還涉及到了結(jié)構(gòu)場(chǎng)的分析，而且二者之間存在著明顯的相互作用的時(shí)候，你就考慮進(jìn)行流固耦合分析。

ANSYS目前主要提供了兩種流固耦合仿真策略：

（1）基于結(jié)構(gòu)模塊+Fluent+系統(tǒng)耦合器

該方法在Fluent中完成流場(chǎng)求解，獲得流場(chǎng)的壓力；在結(jié)構(gòu)模塊（穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)）完成固體場(chǎng)求解，獲得變形，然后通過(guò)系統(tǒng)耦合器完成數(shù)據(jù)的交互傳遞，該方法，即可以完成單向流固耦合計(jì)算，也可以完成雙向流固耦合計(jì)算，但是在同一時(shí)刻，只有一個(gè)場(chǎng)在求解，雙向流固耦合的求解時(shí)間較長(zhǎng)。

（2）基于LS-DYNA軟件完成流固耦合計(jì)算

LS-DYNA支持ICFD求解器與其自身的固體力學(xué)求解器之間的耦合。ICFD求解器適用于五大行業(yè)多物理場(chǎng)應(yīng)用：

汽車行業(yè)，LS-DYNA傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，ICFD可針對(duì)熱-結(jié)構(gòu)耦合的外部空氣動(dòng)力學(xué)分析提供解決方案；

制造行業(yè)，ICFD可應(yīng)用于冷卻相關(guān)分析，例如金屬?zèng)_壓，電池組的冷卻等；

能源行業(yè)，尤其是風(fēng)能行業(yè)。對(duì)擁有準(zhǔn)確空氣動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)的風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行FSI分析；

航空航天，ICFD在降落傘仿真領(lǐng)域的最新研發(fā)進(jìn)展，可以說(shuō)這是一種最為先進(jìn)的成果，包括流體與由多孔介質(zhì)材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)之間的耦合；

生物醫(yī)學(xué)行業(yè)，如今越來(lái)越多的公司借助LS-DYNA深耕醫(yī)學(xué)行業(yè)，以更好地設(shè)計(jì)產(chǎn)品以及更深入地了解未來(lái)趨勢(shì)，特別是在心臟起搏器、心率失常電生理模擬、人工瓣膜流固耦合、形狀記憶合金血管支架等領(lǐng)域，LS-DYNA FSI耦合具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

此外，也可以通過(guò)使用ALE方法，完成流固耦合計(jì)算，以上方法均通過(guò)關(guān)鍵字完成設(shè)置，也只使用LS-DYNA的一個(gè)求解器，但是學(xué)習(xí)起來(lái)稍微困難一些。

審核編輯 ：李倩