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算例簡介本資源針對高速入水沖擊這一強非線性流固耦合難題，提供了一套完整的 STAR-CCM+ (CFD) + Abaqus隱式協同仿真（Co-Simulation）解決方案。算例成功復現了圓柱體入水過程中的空泡演化、入水沖擊載荷突變以及結構體的動態應變響應，解決了FSI計算中常見的“網格負體積”與“耦合面數據傳遞發散”問題。2.

<p class="ql-align-center"><strong>流固耦合楔形體低速入水驗證</strong></p><p><br></p><p><strong>仿真設置&nbsp;</strong></p><p>幾何建模和材料見文獻，通過提取對應位置的應力與試驗數據（入水速度2m/s）進行對比。

因此，以平頭圓柱體為例，本案例運用STAR-CCM+&abaqus對圓柱體入水100m/s過程進行模擬，得到了結構入水過程中周圍流場和自身響應變化。適用領域：航行體入水沖擊，船舶砰擊，海洋結構物漂浮等領域。ST

圖5 Parameters和Field Functions定義表3 水的材料物性設置 管道壁面的固體材料物性如表4所示。表4 固體屬性除流體速度外，其他物理量如位移、壓力和固體速度等的初值全部為0.創建流-固界面在流-固耦合問題中，流體和固體域通過共用的交界面交換場數據。

流固耦合一般分為單向耦合與雙向耦合。如果結構變形非常小，并且可以認為結構的變形幾乎不會對流場的各項參數產生影響，或產品本身不允許在流體的作用下發生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強數據，并將壓強數據傳導到固體的表面進行結構力學計算。

雙向流固耦合分析：雙向流固耦合分析是一種將流體與固體模塊相互迭代傳遞數據的耦合方法。在葉片顫振分析中，通過雙向流固耦合分析可以更準確地模擬葉片在氣動力作用下的振動行為。首先進行流體分析，將氣動力結果傳遞到結構分析中；然后進行結構分析，將位移結果反饋到流體分析中。通過不斷迭代計算，直至整個分析收斂到一個較為穩定的振動區間內。

圖3 流固耦合參數設置【優化結果云圖】提取耦合后的速度，位移和應力云圖。圖4 流體壓強分布和流速分布云圖圖5 渡槽結構應力和變形云圖由上圖可以看出，在全耦合的條件下，入口渡槽端部結構的應力較大，變形較大位置也均出現在此處，對于受力較為集中位置可適當細化網格密度。

目前Workbench界面下的LS DYNA模塊可以支持大多數DYNA的關鍵字，其對流固耦合的定義十分方便，下面以一個子dan射入水中的算例介紹workbench LSDYNA的流固耦合設置方法。模型如圖1所示，上部分為空氣，下部分為水，中間模型為彈體，空氣與液體通過共節點方式劃分網格，彈體單獨進行網格劃分，并且彈體與空氣和水的網格重疊。

圖 2 翼傘氣室流固耦合仿真網格模型 本文采用 S-ALE 求解方法對流固耦合模型進行仿真計算，S-ALE 方法與傳統 ALE 方法的基本理論相同，均包括了映射過程的對流輸運、界面重構和歐拉流場與拉格朗日結構相互作用的流固耦合過程。

改進體積力法1對的模擬較改進體積力法2更準確，但兩者的偏小與螺旋槳體積力法本身將某選定入流平面的平均速度取作進速的簡易處理有關。總之，改進體積力法整體上可以較好地實現對敞水導管螺旋槳水動力數值的模擬，優于傳統螺旋槳體積力法，可為準確模擬艇體?導管槳（體積力）耦合水動力奠定基礎。

使用該模型的時候，需要確保界面處的網格足夠小，以保證流體網格中心與界面之間的換熱計算是準確的。 02 耦合模型計算流固耦合傳熱問題的首要問題是建立界面兩端的溫度與熱通量之間的關系，使耦合求解流體域和固體域的溫度場成為可能。

?固體本身的變形量很小，可以認為是剛體，但是整體產生比較大的位移，可以采用CFD耦合MBD多體動力學分析，也屬于雙向耦合。以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數據在后臺傳遞，無需用戶編輯腳本。TFSI模型的計算代價最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應力，發動機水套的熱應力，車燈的熱應力等等場景。

高速彈體入水流固耦合問題1) 實際痛點：科研中需獲取彈體入水瞬間的沖擊壓力、流體飛濺形態、彈體加速度響應等數據，但實驗成本高、數據難精準測量；2) 課程解決方案：指導用 “ALE 方法”，分別以 “Eulerian” 描述流體（水）、“Lagrangian” 描述固體（彈體），通過 “Volume Fraction” 功能捕捉自由表面形態，提取沖擊壓力 - 時間曲線（如峰值壓力 1.2e5Pa

下圖為Simerics-MP+離心壓縮機仿真界面，集前處理、求解與后處理于一體，從收斂曲線趨勢可以看到，仿真模型具有良好的收斂特性，較短時間步內即可獲得良好的收斂解，且幾乎不需要任何調試。 圖6離心壓縮機仿真界面 為判斷離心壓縮機仿真是否遵循質量守恒定律，提取了進出口質量流量之和的曲線分布，如下圖所示。

研究生常見痛點1) 痛點 1：課題涉及流固耦合，但沒接觸過 ABAQUS，不知道從哪里開始建模；2) 痛點 2：仿真結果與預期不符，比如 “彈體入水沖擊壓力算出來是實際的 2 倍”，卻找不到原因；3) 痛點 3：時間緊，論文 deadline 臨近，沒時間慢慢摸索，急需快速出數據。2.

因此建立了壓縮機吸排氣路徑的三維雙向流固耦合動力學仿真模型，并通過實驗測試對仿真模型進行校核。仿真模型輸出了吸排氣閥片的升程、速度和應力分布情況，并獲得了系統質量流量、P-V曲線等重要的運行參數，進而計算出壓縮機理論下的冷量、入力和吸排氣損失，以此進行壓縮機閥組及流道優化設計。

隨著工程仿真技術的不斷發展，流固耦合仿真分析已成為很多工程領域解決流固耦合復雜問題的常用方法。作為一款行業應用非常廣的工程仿真軟件，Workbench為工程師們提供了一個多軟件耦合平臺，可用于涉及流固耦合系統問題的仿真求解。

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本教程演示了T型管道受到高溫流體影響而產生變形的單向流固耦合計算分析。 1 啟動Workbench并建立分析項目 （1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。

一、平臺使用介紹本文將向您介紹如何在“神工坊“高性能仿真平臺通過軟件原生界面操作方式使用Workbench軟件對某戰斗機流固耦合分析，并能夠充分調用超算HPC資源，實現大規模高效仿真求解。登錄“神工坊“高性能仿真平臺，訂閱Workbench之后，在仿真計算模塊中，雙擊Workbench軟件圖標，進入作業提交界面，填入相應信息提交即可。