Star-ccm+与Abaqus的直接耦合
CCM ABAQUS映射功能介绍_r2
☜
增加命令 ”INP= ”前次生成的结果文件名
20
案例２：结构分析的结果
结构分析的结果
単位：m
単位：K
位移 （变形放大20倍）
温度分布
単位：Pa
热传导的结果
热应力 （变形不放大）
热应力分析结果
21
案例３：排气歧管
分析概要
分析对象： 排气歧管 分析目的： 研究排气温度和热应力分布 (STAR-CCM+/Abaqus的耦合分析) 分析步骤
案例２：结构分析模型
结构分析模型
完全约束
热应力分析 约束条件
分析条件：传热分析、定常 材料：Gray Cast Iron 网格数：约9万（单元类型DC3D4） 相互作用（换热系数和温度）从 STAR-CCM+映射得到
分析条件：静态分析 材料：Gray Cast Iron 网格数：约9万（单元类型C3D4） 热载荷（温度）使用热传导分析的结果
Abaqus的输出问文本格式
命令的形式：
Abaqus单元编号，Load ID，环境温度，换热系数
③：输出计算结果
19
案例２：映射（4/4）
Abaqus映射结果包括
在Abaqus输入文件中编辑，添加读取映射结果文件的命令
编辑Abaqus输入文件
*Step, name=Step-1 *Heat Transfer, steady state 1., 1., 1., 1., *Sfilm EXTERIOR, F, 300., 6. ** ** CFD THERMAL LOAD FROM STAR V4 *INCLUDE, INP=export_from_ccm.inp ** *Output, field, variable=PRESELECT *Output, history, frequency=0 *End Step
abaqus热力耦合单元类型
abaqus热力耦合单元类型摘要：一、Abaqus 热力耦合单元简介二、Abaqus 热力耦合单元的类型三、Abaqus 热力耦合单元的应用案例四、总结正文：一、Abaqus 热力耦合单元简介Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，其热力耦合单元是用于模拟热传导和结构力学之间相互影响的重要工具。
通过热力耦合单元，用户可以在Abaqus 中进行热力学和结构力学的联合仿真分析，从而更准确地预测和评估工程部件在复杂热环境下的性能。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型Abaqus 热力耦合单元主要包括以下几种类型：1.稳态热传导：这种类型的热力耦合单元主要用于分析结构在恒定温度条件下的热传导过程，适用于热传导问题不随时间变化的情况。
2.瞬态热传导：这种类型的热力耦合单元适用于分析结构在非恒定温度条件下的热传导过程，可以模拟随时间变化的温度场。
3.热膨胀：这种类型的热力耦合单元主要用于考虑材料随温度变化而产生的体积变化，适用于分析热膨胀和结构力学相互影响的问题。
4.粘弹性：这种类型的热力耦合单元可以考虑材料的粘弹性特性，适用于分析在高温下具有明显粘弹性的材料的结构力学性能。
5.接触热传导：这种类型的热力耦合单元主要用于分析两个接触部件之间的热传导过程，适用于模拟接触热传导问题。
三、Abaqus 热力耦合单元的应用案例Abaqus 热力耦合单元在工程领域有广泛的应用，例如：1.电子器件散热分析：通过模拟电子器件在运行过程中产生的热量传递过程，可以评估器件的散热性能，指导散热器件的设计和优化。
2.高温环境下的结构力学分析：在高温环境下，材料的结构力学性能会发生变化，通过热力耦合单元可以分析这种变化对结构性能的影响。
3.热交换器性能分析：通过模拟热交换器内部的热传导过程，可以评估热交换器的换热性能，指导热交换器的设计和优化。
四、总结Abaqus 热力耦合单元为工程师提供了强大的工具，可以模拟和分析复杂的热力学和结构力学问题。
Star-ccm 与Abaqus的直接耦合
计算中的流体网格
计算结果-板上一点位移曲线
计算结果-变形动画
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
Star-CCM+侧进行的设置
・物理模型中选择co-simulation； ・在Tools——co-simulaition中设置跟ABAQUS直接耦合相关的参数； ・必要的话,设定网格变形(morpher）功能；
耦合参数设置
耦合参数设置
耦合模式的选择：
注意事项
不支持二维及轴对称模型；
结构模型
应用案例——歧管流固耦合换热
流体模型
Inlet : 1 [m/s]
应用案例——歧管流固耦合换热
流体模型
稳态计算方法
• 稳态计算，流体采用Implicit Unsteady，并取时间步长远大于特征时 间尺度，本算例中取为100s；
• 在位移结构计算中，固体采用Static,General；在传热计算中，固体采 用Heat Transfer——Steady-tate；
Star-ccm+与Abaqus的直 接耦合方法
2011.2.22
CDAJ-China 技术部 张振科
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
系统需求及设置：
• 安装Star-CCM+ 5.06或更高版本； • 安装Abaqus 6.10-2或更高版本； • 设置如下环境变量：
set SIMULIA_CSE_LIBS= <abaqus_dir>\<release>\exec\lbr; <abaqus_dir>\<release>\External; set PATH=%SIMULIA_CSE_LIBS%;%PATH%;
一种基于abaqus-starccm+的流固耦合计算方法
一种基于abaqus-starccm+的流固耦合计算方法1. 引言1.1 概述本篇文章介绍了一种基于ABAQUS和STAR-CCM+的流固耦合计算方法。
流固耦合问题是指涉及流体和固体之间相互作用的问题，如在液态金属凝固过程中的热传导和流动问题、风力发电机叶轮的气动力学行为等。
该方法结合ABAQUS 和STAR-CCM+两个强大的计算软件，通过将它们的优势互补起来，可以更准确地模拟和分析流固耦合问题。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先，在引言部分，我们会对本文进行概述，并介绍文章的结构。
其次，在第二部分中，我们将详细介绍ABAQUS和STAR-CCM+这两个软件及其功能和特点。
第三部分将给出对流固耦合问题的概述，包括定义以及应用领域。
接下来，在第四部分中，我们将详细介绍基于ABAQUS和STAR-CCM+的流固耦合计算方法，包括在这两个软件中采用的具体算法及其原理。
最后，在结论与展望部分，我们将总结文章得出的结果，并提出存在问题与改进方向。
1.3 目的本文的目的是介绍一种基于ABAQUS和STAR-CCM+的流固耦合计算方法。
通过本文的阐述，读者将了解到这两个软件在流固耦合问题中的应用及其计算方法，以及如何运用它们进行模拟和分析。
希望通过这篇文章的撰写和分享，能够推动流固耦合问题研究领域的发展，提供更准确可靠的计算方法，并为相关领域工程师和研究人员提供参考与借鉴。
2. ABAQUS和STAR-CCM+简介2.1 ABAQUS简介ABAQUS是由Dassault Systèmes公司开发的一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程结构分析领域。
它能够模拟和分析复杂的结构破坏、变形、疲劳寿命等行为，提供准确的数值解。
ABAQUS具有多种计算功能，包括线性和非线性分析、静态和动态分析、热力学和热传导分析等。
它支持各种材料类型的建模，如金属、塑料、复合材料等，并且可以考虑不同加载条件下的材料本构关系。
Star-ccm+与Abaqus的直接耦合
注意事项
不支持二维及轴对称模型；
结构模型
应用案例——歧管流固耦合换热
流体模型
Inlet : 1 [m/s]
应用案例——歧管流固耦合换热
流体模型
稳态计算方法
• 稳态计算，流体采用Implicit Unsteady，并取时间步长远大于特征时 间尺度，本算例中取为100s；
• 在位移结构计算中，固体采用Static,General；在传热计算中，固体采 用Heat Transfer——Steady-tate；
• 本算例中全部流体网格参与Morpher变形，在流体网格数量较大时， 建议在变形区域周围用Interface隔开，从而使仅变形区域附近网格参 与Morpher变形，减少Morpher时间；
计算中的流体网格
计算结果-板上一点位移曲线
计算结果-变形动画
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
Star-CCM+侧进行的设置
・物理模型中选择co-simulation； ・在Tools——co-simulaition中设置跟ABAQUS直接耦合相关的参数； ・必要的话,设定网格变形(morpher）功能；
耦合参数设置
耦合参数设置
耦合模式的选择：
CFL
薄膜热属性(对流换热系 CFILM 数,薄膜温度)
Temperature
Boundary Heat Flux
Boundary Heat Flux, Local Heat Transfer Reference Temperature
耦合运行方法
首先在Star-CCM+中启动Abaqus：
然后正常进行Star-CCM+迭代即可；
Star-ccm+与Abaqus的直 接耦合方法
abaqus热力耦合单元类型
abaqus热力耦合单元类型摘要：1.Abaqus 热力耦合单元概述2.Abaqus 热力耦合单元的类型3.应用案例与注意事项正文：一、Abaqus 热力耦合单元概述Abaqus 是一款广泛应用于各种工程领域中的有限元分析软件，能够解决从简单的线性静态结构分析到复杂的非线性瞬态动力学分析等各种问题。
在处理热传导和热膨胀等问题时，需要使用热力耦合单元。
热力耦合单元能够将热分析和结构分析结合起来，使得结构和温度场相互影响，从而更准确地模拟真实情况。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型1.直接耦合方式直接耦合方式是将热应变和热应变率耦合到结构动力学方程中，通过求解耦合后的方程组得到结构和温度场。
这种方式适用于热膨胀系数较小的材料。
2.间接耦合方式间接耦合方式是将热应变和热应变率耦合到热传导方程中，通过求解热传导方程得到温度场，再通过热膨胀系数得到结构位移。
这种方式适用于热膨胀系数较大的材料。
3.粘结耦合方式粘结耦合方式是将热应力和热应变率耦合到粘结方程中，通过求解粘结方程得到结构位移和热应力。
这种方式适用于复合材料和材料在不同温度下的性能变化较大的情况。
三、应用案例与注意事项在实际应用中，选择合适的热力耦合单元类型非常重要。
例如，对于金属材料在高温下的结构分析，应选择间接耦合方式；而对于复合材料在不同温度下的结构分析，应选择粘结耦合方式。
同时，在使用热力耦合单元时，还需要注意以下几点：1.准确的材料参数：热力耦合分析的准确性依赖于材料的热传导系数、比热容和热膨胀系数等参数的准确性。
2.网格划分：为了获得准确的结果，需要对结构和温度场进行适当的网格划分。
3.边界条件和初始条件：正确设置边界条件和初始条件，以便获得合理的结果。
Star-ccm+与Abaqus的直接耦合ppt课件
• 每个时间步对应一次数据交换，稳态情况下一般十次交换即可收敛；
计算结果示意-固体温度
计算结果示意-流体
计算收敛过程-固体最低温度
计算应力方法
建立Abaqus应力计算模型，将前面得到的温度结果 文件作为载荷加载进来； 注意：保持时间对应；
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
Star-CCM+侧进行的设置
・物理模型中选择co-simulation； ・在Tools——co-simulaition中设置跟ABAQUS直接耦合相关的参数； ・必要的话,设定网格变形(morpher）功能；
耦合参数设置
耦合参数设置
耦合模式的选择：
CFL
薄膜热属性(对流换热系 CFILM 数,薄膜温度)
Temperature
Boundary Heat Flux
Boundary Heat Flux, Local Heat Transfer Reference Temperature
耦合运行方法
首先在Star-CCM+中启动Abaqus：
然后正常进行Star-CCM+迭代即可；
计算结果示意-固体应力
计算结果示意-塑性应变
流场几何
应用案例——平板模型
流场网格
应用案例——平板模型
固体模型
应用案例——平板模型
计算设置
• 瞬态计算，流体采用Implicit Unsteady，固体采用Dymamic, Implicit ；
• 采用固定时间步长，时间步长取为0.01s，总时间取为1.5s；
abaqus顺序热力耦合
abaqus顺序热力耦合
在Abaqus中进行顺序热力耦合可以通过以下步骤完成：
1.设置热传导方程：定义材料属性（热导率、比热量、密度等），并将它们与热传导方程链接。
2.设置温度边界条件：在模拟开始前指定温度边界条件，这可以包括设定热源或热沉，或者通过设定温度或热流来指定界面或表面上的热边界条件。
3.运行热传导分析：使用求解器来执行热传导分析，该分析将根据边界条件和材料属性计算出温度场。
4.计算热应力：使用Abaqus CAE中的线性静力学分析（或其他类型的分析），将温度分布提供给材料的力学性质。
可以使用离散单元方法来计算热-机械应力。
5.原型尺寸被修改。
使用变形缩放功能来修改计算出的应力场，以与实际的结构尺寸相对应并确定在实验（或实际）条件下材料的热响应。
6.求解器在模拟过程中求解热方程并通过优化时间步长和网格尺寸对模型进行动态优化。
需要注意的是，在使用顺序热力耦合进行热分析时，需要明确定义热传导特性和材料/几何特性，并且需要特别注意热-机械应力确定的方法。
聘请专业的仿真工程师可以提高仿真的精度和效果，并帮助企业发现潜在问题并制定可行解决方案。
abaqus顺序热力耦合分析流程
abaqus顺序热力耦合分析流程1.首先，定义和建立模型参数。
首先打开ABAQUS软件，选择热力耦合分析。
First, define and establish model parameters. First open the ABAQUS software and select a thermal coupling analysis.2.然后，创建几何模型。
该几何模型是需要进行热力耦合分析的对象的实际几何形状。
Then create a geometric model. The geometric model is the actual geometric shape of the object that needs to be thermally coupled analyzed.3.接着，应用边界条件。
这些条件包括温度、压力、约束等，对模型进行准确的描述。
Then apply boundary conditions. These conditions include temperature, pressure, constraints, etc., to accurately describe the model.4.接下来，定义材料属性。
材料的导热系数、比热容等属性需要在模型中进行定义。
Next, define material properties. Thethermal conductivity, specific heat and other properties ofthe material need to be defined in the model.5.随后，划分网格。
将几何模型划分为有限单元，以便于进行数值计算。
Then mesh the model. Divide the geometric model into finite elements for numerical calculations.6.然后，定义热加载。
starccm 流固耦合案例
starccm 流固耦合案例Star-CCM+是一款流固耦合分析软件，可以模拟流体和固体之间的相互作用。
它广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域，有助于设计和优化产品性能。
下面将列举10个以Star-CCM+为工具进行流固耦合分析的案例。
1. 汽车发动机冷却系统优化汽车发动机的冷却系统对发动机的性能和寿命有重要影响。
利用Star-CCM+可以模拟冷却液在发动机中的流动情况，优化冷却系统的结构和参数，提高散热效果，降低发动机温度。
2. 风力发电机叶片设计风力发电机的叶片是将风能转化为机械能的关键部件。
使用Star-CCM+可以对叶片的气动性能进行模拟，优化叶片的形状和尺寸，提高发电机的效率和稳定性。
3. 飞机机翼气动特性研究飞机的机翼气动特性直接影响飞行性能和燃油消耗。
利用Star-CCM+可以模拟机翼在不同飞行速度和角度下的气动性能，优化机翼的形状和设计参数，提高飞机的升力和降阻性能。
4. 涡轮机叶片热力性能分析涡轮机叶片在高温高压环境下工作，需要具备优秀的热力性能。
使用Star-CCM+可以模拟叶片的热传导和流动情况，优化叶片的材料和结构，提高叶片的耐热性和传热效果。
5. 汽车刹车系统仿真汽车刹车系统的性能直接关系到行车安全。
利用Star-CCM+可以模拟刹车系统中的流体流动和固体摩擦，优化刹车盘和刹车片的设计，提高刹车性能和稳定性。
6. 燃料电池堆冷却优化燃料电池堆的冷却系统对电池的效率和寿命有重要影响。
使用Star-CCM+可以模拟冷却液在电池堆中的流动和传热情况，优化冷却系统的结构和参数，提高电池的工作效率和稳定性。
7. 高速列车气动阻力研究高速列车的气动阻力是限制列车速度的重要因素。
利用Star-CCM+可以模拟列车在高速行驶时的气动流动，优化列车外形和空气动力学设计，降低气动阻力，提高列车速度和能效。
8. 水下船体水动力性能分析水下船体的水动力性能直接影响船舶的航行性能和节能性。
使用Star-CCM+可以模拟水下船体在不同航速和航向下的流动情况，优化船体的形状和设计参数，提高船舶的推进效率和稳定性。
FSI-Abaqus-耦合计算-简单说明
...
*Solid Section, elset=plate, material=Matl-1
...
**
*Surface, type=ELEMENT, name=fsi_interface
fsi_interface_S1, S1
...
**
*Material, name=Matl-1
*Elastic
38.4e6, 0.3
*Element, type=C3D8R, elset=plate
*Node Output
1, 358, 359, 376, 375, 1, 2, 359, 360, 377, 376, 2, ...
2, 19, 18 3, 20, 19
U, CF *Element Output S,
Co-Simulation 关键字
最大 increment数
*Dynamic, haftol=1.0e5 5e-4,0.1,1e-6,5e-4
*Dynamic, haftol=1.0e5 5e-4,0.1,1e-6,5e-4
*Dynamic, haftol=1.0e5 5e-4,0.1,1e-6,5e-4
*Dynamic, haftol=1.0e5 5e-4,0.1,1e-6,5e-4
设定方法
• 与流体解析的时间步长相同
• 实际计算的物理时间
• 与流体的最大物理时间相同
• 在一个时间步长内，最小的时 • 比时间步长小2-4个数量级 间步长
• 在一个时间步长内，最大的时 • 流体解析与固体解析的非定常时间步长相同 间步长
*Solid Section, elset=plate, material=Matl-1
**
abaqus 顺序热力耦合
abaqus 顺序热力耦合
ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，它可以用于进行结构、热、流体等多物理场耦合的分析。
顺序热力耦合是指在分析过程中首先进行热分析，然后将热分析的结果作为输入进行结构分析。
这种顺序耦合的方法通常用于解决热载荷对结构性能的影响问题。
在ABAQUS中进行顺序热力耦合分析时，首先需要建立热分析模型。
在热分析模型中，定义材料的热性质、边界条件和热载荷等。
然后进行热分析计算，得到温度场分布和热应力等结果。
接下来，将热分析的结果作为输入，建立结构分析模型。
在结构分析模型中，定义材料的力学性质、边界条件和载荷等。
然后进行结构分析计算，得到结构的位移、应力、应变等结果。
在顺序热力耦合分析中，需要注意热分析和结构分析之间的数据传递和耦合方式。
通常可以通过ABAQUS中的耦合功能来实现热-结构耦合。
在耦合设置中，可以定义温度-位移、温度-应力等耦合关系，以实现热载荷对结构性能的影响分析。
此外，在进行顺序热力耦合分析时，还需要考虑材料的温度相
关性、热应力引起的变形等因素，以确保分析结果的准确性和可靠性。
总之，顺序热力耦合分析在ABAQUS中是通过先进行热分析，然后将热分析结果作为输入进行结构分析来实现的。
在实际操作中，需要合理设置模型和边界条件，并注意热-结构耦合的方式和影响因素，以获得准确的分析结果。
STAR-CCM+与一维用户程序耦合方法
第41卷第11期2020年11月哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Journal of Harbin Engineering UniversityVol.41ɴ.11Nov.2020STAR-CCM +与一维用户程序耦合方法张银星1,2,高璞珍1,何晓强1,陈冲3,林宇琦1,刘怡雯4(1.哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;2.海军工程大学核科学技术学院,湖北武汉430033;3.中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;4.武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064)摘㊀要:为了探究棒束通道内的自然循环流动特性,本文采用将三维计算流体动力学(CFD )软件STAR-CCM +与一维用户程序(User Code )耦合的方法进行研究㊂通过三维软件模拟棒束通道,一维自定义用户程序模拟自然循环回路的方法实现对包含棒束通道的自然循环系统的模拟㊂为证明数值模拟结果的准确性,将数值模拟得到的自然循环冷却剂流量和棒束通道内压降结果与实验结果进行比较,结果表明:数值模拟结果与实验值符合较好,证实STAR-CCM +与一维用户程序耦合的计算方法能够很好的预测棒束通道的自然循环流动特性㊂本文对一维用户程序与三维STAR-CCM +之间的数据交互方法做了说明,为实现一维用户程序与STAR-CCM +耦合研究提供参考㊂关键词:棒束通道;自然循环;数值模拟;用户程序;STAR-CCM +;耦合模拟;数据交互;流动特性DOI :10.11990/jheu.201906045网络出版地址:http :// /kcms /detail /23.1390.u.20201028.1428.012.html 中图分类号:TL33㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006-7043(2020)11-1669-06Coupled method of STAR-CCM +and one-dimensional user codeZHANG Yinxing 1,2,GAO Puzhen 1,HE Xiaoqiang 1,CHEN Chong 3,LIN Yuqi 1,LIU Yiwen 4(1.Fundamental Science on Nuclear Safety and Simulation Technology Laboratory,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.College of Nuclear Science and Technology,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China;3.China Ship Devel-opment and Design Center,Wuhan 430064,China;4.Wuhan Second Ship Design and Research Institute,Wuhan 430064,China)Abstract :To explore the natural circulation flow characteristics in a rod bundle channel,we studied the method for coupling the three-dimensional computational fluid dynamics (CFD)software STAR-CCM +with one-dimensional user code.The simulation of a natural circulation system containing a rod bundle channel was achieved by simula-ting both a natural circulation loop with one-dimensional user code and a rod bundle channel with three-dimensional CFD software.To check the accuracy of the numerical simulation results,the simulation results of the natural circu-lation coolant flow rate and the pressure drop in the rod bundle channel are compared with the experimental results.It is found that the numerical simulation results agree well with the experimental results,and it is proved that the simulation method of STAR-CCM +coupling with one-dimensional user code is a good predictor of the natural circu-lation flow characteristics of the rod bundle channel.This paper gives a detailed description of the data interaction method between the one-dimensional user code and the three-dimensional STAR-CCM +,which provides a reference for other scholars to realize the coupling between STAR-CCM +and user code.Keywords :rod bundle channel;natural circulation;numerical simulation;user code;STAR-CCM +;coupled sim-ulation;data interaction;flow characteristics收稿日期:2019-06-13.网络出版日期:2020-10-28.基金项目:国家自然科学基金项目(11605033);核能安全劳氏基金项目.作者简介:张银星,女,博士研究生;高璞珍,女,教授,博士生导师.通信作者:高璞珍,E-mail:gaopuzhen@.㊀㊀核能的发展与应用对于我国综合国力的提升有重要意义㊂民用核能主要应用于核反应堆中,对于大多数压水堆,堆芯为棒束通道结构㊂因此研究棒束通道内的热工水力特性对于彻底了解核反应堆的运行机理至关重要㊂若反应堆在运行过程中发生了事故,非能动安全系统就会发挥作用以确保反应堆的安全,因此棒束通道内的自然循环流动特性是值得研究的㊂由于棒束通道结构的特殊性,有许多学者通过实验㊁数值模拟进行研究[1-5]㊂实验研究可以得到更为准确㊁更令人信服的实验结果,数值模拟研究可以节省大量的人力㊁物力㊁财力㊂但对于想要较为精准地通过数值模拟来研究自然循环条件下棒束通道的热工水力特性,就需要将包括棒束通道的哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第41卷整个自然循环回路都进行模拟,这对于三维CFD 数值模拟来说需要的时间更长,对计算机的要求更高㊂为解决这一困难,许多学者对三维CFD 数值模拟软件与一维程序耦合进行了研究,李伟等[6]证明了三维CFD 数值模拟软件FLUENT 与热工水力分析系统程序RELAP5耦合研究可以很好地分析简单的单相流或复杂的两相流问题;Palazzi 等[7-8]通过模拟管道中的摩擦阻力系数证明了STAR-CCM +与RELAP5-3D 耦合的可行性;Gilman [9]通过编写用户自定义程序建立了新沸腾模型,该模型能够准确预测CFD 模拟中过冷沸腾流体的温度和热流密度㊂王宁波等[10]对5ˑ5棒束通道内的压降特性进行了数值研究,但对于单一的CFD 数值模拟,仅能模拟强迫循环条件下的流动特性,无法模拟自然循环条件下的热工水力特性㊂孔松等[11]用一维分析程序RELAP5对小型核动力装置进行了自然循环运行特性分析,但由于一维程序的局限性,很难对结构复杂的部件(例如反应堆堆芯)进行分析㊂为探究反应堆堆芯内的固有安全性,本文研究自然循环条件下棒束通道内的流动特性,将研究棒束通道的三维CFD 数值模拟与除去棒束通道外的自然循环回路其他部分的一维程序模拟耦合计算,以期用经济的方法计算得到更为准确的数值模拟结果㊂通过这种方法既可以将棒束通道通过三维CFD 数值计算较为精细的模拟出来,又可以考虑自然循环回路对棒束通道的影响㊂自然循环回路管道多为普通圆管,采用一维程序进行模拟也可以得到很好的计算结果㊂本文采用三维CFD 数值模拟软件STAR-CCM +与一维用户程序(User Code)耦合以实现自然循环条件下棒束通道的数值模拟㊂1㊀三维与一维耦合方法为确保三维与一维程序耦合数值模拟结果的准确性,首先要进行实验研究,将得到的自然循环实验数据用来验证数值模拟结果准确与否㊂实验装置为包含3ˑ3棒束通道的自然循环回路,如图1所示㊂本文所述三维与一维程序耦合模拟皆基于该试验台㊂具体实验方法见文献[2]㊂图1㊀自然循环实验装置Fig.1㊀Natural circulation experimental facility㊀㊀为模拟自然循环条件下棒束通道的流动特性,本文采用基于有限体积法的CFD 软件STAR-CCM +13.04对实验段3ˑ3棒束通道进行三维数值模拟,并利用编程语言C ++自行编写除去棒束通道外的自然循环回路其他管道,再将2个部分通过STAR-CCM +的用户程序自定义接口交互,以实现自然循环回路的完整数值模拟㊂1.1㊀三维CFD 数值模拟棒束通道实验段结构如图2所示㊂棒束通道实验段长度为800mm,利用STAR-CCM +内的3D-CAD 模型可直接进行建模㊂1.1.1㊀网格独立性分析本文采用多面体网格实现棒束通道主体结构的网格划分,采用棱柱层网格模型应用在所有的壁面边界㊂图3给出棒束通道内生成的三维网格㊂为了验证数值计算的准确性,首先需进行网格无关性验证㊂在网格独立的条件下对数值模型进行验证㊂以入口速度v =2m /s 的工况为例,对棒束通㊃0761㊃第11期张银星,等:STAR-CCM +与一维用户程序耦合方法道进行了网格考核㊂以棒束通道出口温度T o ㊁棒束通道出口速度v o 及棒束通道进出口压降ΔP 作为监测量㊂选取网格数分别为868147㊁1192331㊁1213874和1671941的4套网格,当网格数从868147变化到1671941时,棒束通道的出口温度T o ㊁出口速度v o 和进出口压降ΔP 随网格数量的变化趋势如表1所示㊂从表1中可以看出,模型2中T o 的改变量为0.0033%,v o 的改变量为0.15%,ΔP 的改变量为1.03%,故认为网格数在1192331已达到独立㊂本文计算中选取网格数为1192331㊂图2㊀棒束通道结构Fig.2㊀Rod bundle channelstructure图3㊀棒束通道网格示意Fig.3㊀Rod bundle channel grid diagram表1㊀网格无关性验证Table 1㊀Grid independence verification网格模型网格数T o /KΔP /Pa v o /(m ㊃s -1)#1868147321.41712647.212.011554#21192331321.430911642.652.01109#31213874321.431311643.422.010805#41671941321.441511764.322.0080341.1.2㊀模型验证为保证数值模拟的准确性,本文对竖直条件下的棒束通道进行模型验证㊂在图1所示的实验装置中进行绝对压力为0.4MPa,棒束通道加热功率为18kW /m 2的实验,将得到的实验结果与相同条件下不同湍流模型的计算结果进行比较㊂为找到最适合棒束通道的湍流模型,本文尝试了6种模型,分别为标准(Wilcox)k-ω模型㊁标准k-ε模型㊁可实现的k-ε模型㊁可实现的k-ε两层模型㊁雷诺应力湍流模型与SST (Menter)k-ω模型㊂数值模拟过程中将棒束通道入口设为速度入口边界,出口设为压力出口边界,棒束壁面设为定热流量,外壁面设为绝热,由此得到棒束通道进出口压降ΔP 随雷诺数Re 的变化曲线如图4所示㊂从图4中可以看出SST (Ment-er)k-ω模型可以很好地模拟棒束通道内的压降特性㊂故本文将选用SST (Menter)k-ω模型用于棒束通道的数值模拟计算㊂1.2㊀一维User Code 耦合方法本文采用自行编写的一维用户程序(User Code)来模拟除棒束通道外的回路部分,包括预热器㊁冷却器与连接管路,如图1所示㊂首先编写一维用户自定义程序,得到稳态条件下系统回路的自然循环流量,和该自然循环流量对应的速度,进而将其设为CFD 数值模拟的入口速度,最后模拟得到自然循环条件下棒束通道内的流动特性㊂图4㊀CFD 不同模型与实验数据压降对比Fig.4㊀Comparison of pressure drop between differentCFD models and experimental data因此,编写一维程序的目的就是找到实验回路达到稳定状态的自然循环流量值,即驱动压头与总阻力压头相等时的流量值㊂设冷却器与棒束通道中心高度差为L ,棒束通道出口至冷却器进口冷却剂的密度为ρh ,冷却器出口到预热器进口冷却剂的密度为ρc ,采用换热中心假设,则驱动压头为ΔP d =(ρc -ρh )gL ㊂总阻力压头ΔP z 包括沿程阻力与局部阻力㊂沿程阻力即为各个管路的沿程阻力,具体计算方法为:ΔP f =λl d q 22ρA 2(1)式中:λ为沿程阻力系数;l 为管路长度;d 为当量直径;ρ为流过该管路的冷却剂密度;A 为管路流通面积;q 为质量流量㊂其中沿程阻力系数λ的计算方法[12]为:λ=64/Re ,Re <2320a +bRe -c ,2320<Re <40000.3164/Re 0.25,4000<Re <1ˑ1050.0032+0.221Re -0.237,Re >1ˑ105ìîíïïïï(2)式中:a =0.094k 0.225+0.53k ;b =88k 0.44;c =1.62k 0.134;k =ε/d 是相对粗糙度㊂局部阻力包括棒束通道㊁预热器㊁冷却器处的局㊃1761㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第41卷部阻力,以及各管路之间连接处,管路与棒束通道㊁预热器㊁冷却器连接处的局部阻力㊂局部阻力中除却棒束通道内的阻力外,其他部分相对较小,可以忽略不计㊂那么,总阻力压头表示为ΔP z =ΔP f +ΔP -ρgH ,ΔP 为棒束通道进出口压降,ρ为棒束通道的定性密度,H =800mm 为棒束通道长度㊂因此,当实验回路中驱动压头与总阻力压头相等时,即ΔP d =ΔP z 时即可输出自然循环回路质量流量q ㊂具体程序框图如图5所示㊂图5㊀一维用户程序框图Fig.5㊀One-dimensional user code program chart值得注意的是,将STAR-CCM +模拟的迭代次数输入到一维程序中是为了编写实现STAR-CCM +迭代次数超过一定步数(例如100步)后再进行上述循环过程的语句,目的是让CFD 达到相对收敛后再进行自然循环计算,从而避免计算结果的发散㊂1.2.1㊀用户库从上文可知,一维用户程序需要将STAR-CCM +中的计算结果作为已知量,并且需要将用户程序计算得到的自然循环速度传递给STAR-CCM +,使之作为棒束通道入口速度值㊂一维用户程序与STAR-CCM +之间的数据传递需要通过事先把用户自编程序编译成链接库,然后作为用户库加载到STAR-CCM +中的方式来实现㊂1)用户函数接口㊂本文采用C ++来编写用户函数,以实现得到自然循环回路流量的目的㊂通过库注册函数(uclib.cpp)指明用户函数类型为标量场函数 ScalarField-Function ,以此在STAR-CCM +中棒束通道入口处通过设置场函数的方法来设置入口速度值㊂注册方法可以通过调用ucfunc 来实现,具体代码为:ucfunc(main, ScalarFieldFunction , Iteration-Velocity );其中,main 为用户函数主函数名称,IterationVe-locity 为显示在STAR-CCM +下拉列表中的函数名㊂另外,可通过调用ucarg 注册用户函数所需的来自STAR-CCM +的参数,包括棒束通道进出口温度㊁压降,入口速度,迭代次数,具体代码为:ucarg(main, Cell ,"$tinReport",sizeof(Co-ordReal));/∗棒束通道入口温度,K∗/ucarg (main, Cell ,"$toutReport ",sizeof (CoordReal));/∗棒束通道出口温度,K∗/ucarg(main, Cell ,"$pjReport",sizeof(Co-ordReal));/∗棒束通道压降,Pa∗/ucarg(main, Cell ,"$vReport",sizeof(Coor-dReal));/∗棒束通道入口速度,m /s∗/ucarg(main, Cell ,"$Iteration",sizeof(Co-ordReal));/∗迭代次数∗/其中,Cell 表示对于网格单元场的参数类型;It-eration 为STAR-CCM +中原有的场函数,表示为迭代次数;tin㊁tout㊁pj㊁v 为在STAR-CCM +中生成的报告,后缀加上Report 可以同样实现场函数的功能;size 为变量组分表中元素所需的储存(以字节为单位),此大小可用于确保用户函数的精度与STAR-CCM +的精度相匹配,所有的场函数参数都应设置为CoordReal,即表示为双精度型浮点数据,另外尽管迭代次数Iteration 为整型数据,也同样需要设定为双精度型浮点数据㊂值得注意的是,必须按照上述变量在用户函数中的所需顺序调用ucarg㊂本文中主函数的形参列表为:void main (CoordReal ∗result,int size,Coord-Real ∗tin,CoordReal ∗tout,CoordReal ∗pj,Coor-dReal ∗v,CoordReal ∗Iter)其中,result 为用户函数的返回值的组分表,对于本文来说即为自然循环速度值;size 为result 组分表中的元素数量㊂至此可以得到库注册函数uclib.cpp 代码如下:#include "uclib.h"void uclib(){/∗这里为上文所述的注册用户函数∗/}在与uclib.cpp 相同的目录中创建文件uclib.㊃2761㊃第11期张银星,等:STAR-CCM+与一维用户程序耦合方法h,以声明uclib.cpp中使用的函数㊂uclib.h文件中定义了在用户函数中使用的变量和函数类型,它对于所有代码都一样,具体内容参见STAR-CCM+用户指南[13]㊂2)创建用户库㊂至此,用户库源码已生成完毕,包括uclib.h㊁uclib.cpp㊁main.cpp,由于在一维程序编写过程中需要查物性参数,因此还需调用物性库函数wasp97.h㊁wasp97.cpp㊂将上述文件同STAR-CCM+安装目录中的UserFunctions.lib编译链接成为动态链接库即可应用在STAR-CCM+中实现一维程序与三维CFD的耦合计算㊂下面说明编译方法㊂本文在Microsoft Visual C++2013上进行编译,且Windows仅支持64位版本㊂打开VS2013x64本机工具命令提示,将工作目录定位到当前工作目录,并使用以下命令将源程序uclib.cpp㊁main.cpp㊁wasp97.cpp编译到对象文件中:cl/MD/D_WINDOWS/DDOUBLE_PRECISION -c∗∗∗.cpp即可将源代码编译成二进制目标文件uclib. obj,main.obj,wasp97.obj㊂下面说明链接方法㊂在VS2013x64本机工具命令提示中输入如下命令:link-dll/out:IterationVelocity.dll uclib.obj main.obj wasp97.obj"F:\Program Files\CD-adapco\ 13.04.011-R8\STAR-CCM+13.04.011-R8\star\lib\ win64\intel16.3-r8\lib\UserFunctions.lib"链接成功后可在当前工作目录中得到动态链接库IterationVelocity.dll㊂将该用户库在STAR-CCM+模拟中加载,可发现场函数列表中新增场函数User IterationVelocity,将其设置为入口速度幅值即可实现一维User Code与三维CFD的耦合计算,研究自然循环条件下棒束通道的流动特性㊂2㊀结果分析通过上述方法可以对自然循环条件下的棒束通道进行数值模拟㊂当系统压力为0.3MPa时,在实验操作中,可以通过提高预热器加热功率或棒束通道实验段加热功率来增加实验回路的自然循环流量㊂对于数值模拟而言,为得到与实验相对应的多组工况,提高预热器加热功率转化为增加棒束通道实验段入口温度,提高棒束通道实验段加热功率可以通过直接在模拟中设置棒束热流量来实现㊂若保持棒束通道加热功率不变,逐渐提高预热器的加热功率,可以得到系统回路自然循环流量随棒束通道入口温度变化关系㊂为方便与数值模拟结果对比,图6展示了回路自然循环速度与棒束通道入口温度关系曲线,其中模拟速度值为棒束通道进出口速度平均值㊂从图中可以看出采用三维CFD软件STAR-CCM+和一维自定义用户程序耦合模拟可以很好地预测棒束通道内的自然循环速度值,可以认为STAR-CCM+与一维User Code耦合能够研究棒束通道内的自然循环流动特性㊂针对图1所示实验过程中得到引压管2㊁3间的压降值ΔP2,同样在模拟中得到相同部位的压降,并与实验值ΔP2进行对比,如图6所示,可以看出二者符合较好,最大误差在0.5%以内㊂图6㊀变预热器功率实验值与模拟值对比Fig.6㊀Comparison of experimental and simulation results of variable preheater power同样,若保持预热器加热功率不变,逐渐提高棒束通道的加热功率,可以得到系统回路自然循环速度随棒束通道热流量的变化关系,如图7所示㊂对于压降ΔP2也采用与图6同样的处理方法,对比结果如图7所示,发现二者仍然符合较好,最大误差在0.5%以内㊂可以看出无论是改变预热器功率或改变棒束通道加热功率,STAR-CCM+与一维用户程序耦合都能很好地预测棒束通道内的自然循环流动特性㊂图7㊀变棒束通道功率实验值与模拟值对比Fig.7㊀Comparison of experimental and simulation results of variable rod bundle channel power㊃3761㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第41卷3㊀结论1)在STAR-CCM+中对3ˑ3棒束通道使用SST (Menter)K-Omega湍流模型进行数值模拟,自行编写C++一维用户程序求解系统回路其余部分的流动特性,再通过STAR-CCM+的用户接口实现了二者的耦合㊂2)在改变预热器加热功率和改变棒束通道加热功率2种情况下将数值模拟计算得到的自然循环冷却剂速度值和棒束通道内压降结果与相应的实验值进行对比,发现二者符合较好,可以说明STAR-CCM+与一维用户程序耦合能够很好的预测棒束通道的自然循环流动特性㊂本文对一维用户程序与三维STAR-CCM+之间的数据交互方法进行了说明,该耦合方法和实现流程为后续研究奠定了基础㊂参考文献:[1]ZHANG Yinxing,GAO Puzhen,KINNISON W W,et al. Analysis of natural circulation frictional resistance charac-teristics in a rod bundle channel under rolling motion condi-tions[J].Experimental thermal and fluid science,2019, 103:295-303.[2]ZHANG Yinxing,GAO Puzhen,KINNISON W W,et al. Analysis of natural circulation frictional resistance charac-teristics in rod bundle channel[J].Annals of nuclear ener-gy,2019,127:79-86.[3]IKEDA K,MAKINO Y,HOSHI M.Single-phase CFD ap-plicability for estimating fluid hot-spot locations in a5ˑ5 fuel rod bundle[J].Nuclear engineering and design, 2006,236(11):1149-1154.[4]NAVARRO M A,SANTOS A A C.Evaluation of a numeric procedure for flow simulation of a5ˑ5PWR rod bundle with a mixing vane spacer[J].Progress in nuclear energy, 2011,53(8):1190-1196.[5]CHENG S K,TODREAS N E.Hydrodynamic models and correlations for bare and wire-wrapped hexagonal rod bun-dles Bundle friction factors,subchannel friction factors and mixing parameters[J].Nuclear engineering and design,1986,92(2):227-251.[6]LI Wei,WU Xiaoli,ZHANG Dalin,et al.Preliminary study of coupling CFD code FLUENT and system code RE-LAP5[J].Annals of nuclear energy,2014,73:96-107.[7]PALAZZI A,BLUCK M J,LO S,et al.Coupling RELAP5 -3D and STAR-CCM+for simulations of steady and transi-ent single phase flows[C]//Proceedings of Internationa Congress on Advancements in Nuclear Power Plants.San Francisco,CA,2016.[8]PALAZZI A,BLUCK M J,LO S.A coupled RELAP5-3D/STAR-CCM+simulation for the calculation of friction factor in pipes[C]//Proceedings of ICAPP2014.Char-lotte,USA,2014.[9]GILMAN L A.Development of a general purpose subgrid wall boiling model from improved physical understanding for use in computational fluid dynamics[D].Cambridge,MA: Massachusetts Institute of Technology,2014. [10]王宁波,肖泽军,周磊,等.5ˑ5棒束通道内压降特性实验与数值研究[J].原子能科学技术,2018,52(10):1792-1797.WANG Ningbo,XIAO Zejun,ZHOU Lei,et al.Experi-mental and numerical investigation of pressure drop of5ˑ5 rod bundle[J].Atomic energy science and technology, 2018,52(10):1792-1797.[11]孔松,于雷,袁添鸿,等.小型核动力装置自然循环运行特性分析[J].原子能科学技术,2017,51(12): 2143-2148.KONG Song,YU Lei,YUAN Tianhong,et al.Research on natural circulation characteristic of small nuclear power plant[J].Atomic energy science and technology,2017, 51(12):2143-2148.[12]孔珑.工程流体力学[M].3版.北京:中国电力出版社,2007:108-118.KONG Long.Engineering fluid mechanics[M].3rd ed.Beijing:China Electric Power Press,2007:108-118.[13]CD-ADAPCO.STAR-CCM+Version13.04User Guide:Working with User Code[Z].Siemens PLM Software, 2018.本文引用格式:张银星,高璞珍,何晓强,等.STAR-CCM+与一维用户程序耦合方法[J].哈尔滨工程大学学报,2020,41(11):1669-1674. ZHANG Yinxing,GAO Puzhen,HE Xiaoqiang,et al.Coupled method of STAR-CCM+and one-dimensional user code[J].Journal of Harbin Engineer-ing University,2020,41(11):1669-1674.㊃4761㊃。
用ABAQUS分析工程中的多场耦合问题
④应力－应变的增量公式
dσ ′ = D : (dε
-IβT dT
+(
Sl 3K g
+ Pl 3K g
dSl dpl
)IdPl
+ Iβ sw
dSl dPl
一种基于abaqus-starccm+的流固耦合计算方法
一种基于abaqus-starccm+的流固耦合计算方法基于Abaqus和STAR-CCM+的流固耦合计算方法可以分为以下几个步骤：1. 几何建模和网格划分：使用Abaqus进行固体部件的几何建模，定义流体区域和固体区域。
然后使用STAR-CCM+进行流体网格划分和固体网格划分。
2. 材料属性和约束条件定义：使用Abaqus定义固体部件的材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。
使用Abaqus定义固体部件的边界条件和加载条件，包括约束条件、力、压力等。
使用STAR-CCM+定义流体区域的材料属性，包括密度、粘度等。
使用STAR-CCM+定义流体区域的边界条件和加载条件，包括速度、压力、流量等。
3. 边界条件传递：将Abaqus中定义的固体部件的边界条件传递给STAR-CCM+，将STAR-CCM+中定义的流体区域边界条件传递给Abaqus。
这个过程可以使用接口程序或者脚本实现。
4. 解算过程：使用Abaqus和STAR-CCM+分别进行固体和流体的独立求解，得到固体的位移和应力以及流体的速度和压力分布。
5. 耦合过程：将固体位移场和流体速度场进行耦合，计算固体表面上的应力和流体内部的压力之间的相互作用。
这个过程通常使用迭代法进行求解。
6. 后处理：根据需要，进行结果的后处理和分析，包括应力分布、位移分布、流速分布、压力分布等等。
总结起来，基于Abaqus和STAR-CCM+的流固耦合计算方法主要包括几何建模和网格划分、材料属性和约束条件定义、边界条件传递、解算过程、耦合过程以及后处理等步骤。
这样的方法可以用来研究流固耦合问题，如液体在固体表面的流动、液体对固体的冲击、固体表面对液体的阻力等等。
搭建Abaqus和Star-CCM+流固耦合平台
要搭建Abaqus和Star-CCM+流固耦合平台，需要以下软件和步骤：1. 软件版本：
- Abaqus版本：建议使用Abaqus 2020或更新版本。
- Star-CCM+版本：建议使用Star-CCM+ 2020或更新版本。
2. 安装过程：
（1）安装Abaqus和Star-CCM+，并激活许可证。
（2）Abaqus中创建一个模型，并导出为`.inp`格式。
（3）打开Star-CCM+，在“File”菜单中选择“Import”，选择“ABAQUS .inp files”格式，导入的`.inp`文件。
（4）在Star-CCM+中创建流体域和网格，为模型设置流固耦合边界条件。
（5）在模拟设置中选择“Multi-Physics”，选择“ABAQUS Co-Simulation”选项，对模拟设置进行配置。
（6）在Star-CCM+中启动求解器，并在Abaqus中启动求解器。
这两个求解器会相互交换数据，在求解过程中进行迭代计算。
(7)Simulation Launcher for Abaqus and 3rd Party Solvers （由于Star-CCM+与Abaqus求解器相互通信需要安装Abqus的第三方求解器Launcherenabler，像我就遇到安装launcherenabler的问题，需要特殊解决）
（8）运行多物理场求解器进行耦合模拟。
注意：以上是一般的流程，具体实现过程可能因不同问题和环境而有所差异。
可以参考官方文档和论坛上的教程，或者向供应商的技术支
持寻求帮助。
湿式离合器对偶钢片力学响应特性分析
Ｃｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔ：ＺＨＡＮＧＺｈｉｇａｎｇ，ＺＨＡＮＧＺｉｙａｎｇ，ＬＩＡＮＧＭｅｉｌｉｎ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＲｅｓｐｏｎｓｅｏｆＷｅｔＣｌｕｔｃｈＳｔｅｅｌＤｉｓｃｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ ｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０２１，３５（６）：８７－９５．
（２）
用热流 密 度 表 示 摩 擦 副 产 生 的 热 量，对 偶 钢
片和摩擦片的摩擦表面热流密度分别为
{ｑｓ
＝ Ｋｑ ｑ（ｒ，ｔ） １＋Ｋｑ
ｑｆ
＝ １ ｑ（ｒ，ｔ） １＋Ｋｑ
（３）
式中：Ｋｑ为热流分配系数；ρ、ｃ、ｋ分别表示密度、
比热容和导热系数；ｓ、ｆ为下标，分别表示对偶钢
片与摩擦片。
１．２ 热流固耦合模型
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＲｅｓｐｏｎｓｅｏｆＷｅｔＣｌｕｔｃｈＳｔｅｅｌＤｉｓｃｓ
ＺＨＡＮＧＺｈｉｇａｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧＺｉｙａｎｇ１，ＬＩＡＮＧＭｅｉｌｉｎ１， ＣＨＥＮＹｏｎｇｌｏｎｇ２，ＬＩＪｉａｘｕｅ１，ＬＵＯＸｕａｎ１
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ， ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４，Ｃｈｉｎａ；
８８
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｄｉｓｃ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｄｉｓｃａｐｐｅａｒｓａｔｔｈｅｍｉｄｄｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｓｔｅｅｌｄｉｓｃｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄｔｈｅｓｔｅｅｌ ｄｉｓｃｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｈａｓｐｏｏｒｃｏｎｔａｃｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｌａｒｇｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｄｉｓｃｉｓｍｕｃｈｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｎａｌｌｏｔｈｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄｉｔｉｓｕｎｉｆｏｒｍｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｌｏｎｇｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄ ｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｄｉｓｃｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｄｉｓｃｉｓｍｕｃｈｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒａｉｎ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒａｉｎｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ ｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎ，ａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｈａｓａｇｒｅａｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｓｔｅｅｌｄｉｓｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｅｔ ｃｌｕｔｃｈ； ｓｔｅｅｌ ｄｉｓｃ； ｔｈｅｒｍｏｈｙｄｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ； ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎ
CCM+ABAQUS映射功能介绍_r2
4
案例１：轴流泵 案例１：轴流泵
分析概要
分析对象：轴流泵 解析目的：研究流体压力以及叶片的变形 分析手册
1. STAR-CCM+进行流体分析 2. STAR-CCM+把流体压力映射到Abaqus 3. 映射结果作为分析条件,Abaqus进行静态分析
5
案例１：流体分析模型 案例１：流体分析模型
流体分析模型
?abaqusstarccm的模式中可以映射以下物理量?温度压力3?压力?换热系数?热流?数据映射都是一个结果表starccm可以做为边界条件案例介绍案例介绍?案例1
STARSTAR-CCM+ Abaqus映射功能介绍 映射功能介绍
CDAJ (上海)
1
Abaqus映射功能概要1 Abaqus映射功能概要1
速度入口 速度 = 25.0 m/s 温度 = 400 K
速度入口 速度 = 25.0 m/s 温度 = 600 K
速度入口 速度 = 25.0 m/s 温度 = 800 K
湍流模型：Realizable k-ε模型 网格：约2万（多面体）
25
案例３ 映射（ 案例３ ：映射（1/4）
读入Abaqus结果的顺序
6
案例１：流体分析结果 案例１：流体分析结果
流体分析结果
回転方向
粒子轨迹
叶片表面 流体压力
7
案例１：结构分析模型 案例１：结构分析模型
结构分析模型
约束：下表面完全约束
结构分析模型
分析条件：静态分析 材料：树脂（E=3.0GPa、ν=0.36） 网格：约5.5万（单元类型C3D4） 载荷由StarCCM+映射
12
案例2：排气歧管
分析概要
abaqus耦合类型
abaqus耦合类型Abaqus是一款广泛应用于工程领域的商业有限元软件，具有完善的求解器和功能强大的后处理工具，能够在多个物理领域和多种耦合形式下进行仿真分析。
本文将介绍Abaqus中的耦合类型，并且详细说明它们的用途和实现方法。
1. 结构耦合结构耦合是Abaqus中最基本的耦合类型，用于模拟物体之间的接触、接口以及支承等相互作用。
比如，在弹性力学中，结构耦合可以用于计算结构体上的较大变形和应变，包括物体之间的摩擦力和滑动等。
在Abaqus中实现结构耦合需要定义材料、几何形状和边界条件，以及选择适当的相互作用类型。
2. 热电耦合热电耦合是Abaqus另一个重要的耦合类型，用于模拟热和电之间的相互作用。
比如，在电机和发电机等设备中，电能转化为热能和机械能，从而产生温度、热传导和热应力等效应，需要用热电耦合模型进行仿真分析。
在Abaqus中实现热电耦合需要选择适当的材料、物理属性和边界条件，定义热通量、温度梯度和电场变化等参数，构建热电耦合模型，然后使用求解器进行求解。
3. 磁力耦合磁力耦合是一种特殊的耦合类型，用于模拟磁场对物体的作用。
比如，在电机和变压器等设备中，磁场可以产生电压和电流、磁感应强度和感应电动势等效应，需要用磁力耦合模型进行仿真分析。
在Abaqus中实现磁力耦合需要选择适当的材料、物理属性和边界条件，定义磁场强度和磁感应强度等参数，构建磁力耦合模型，并使用求解器进行求解。
4. 机械-热耦合机械-热耦合是一种耦合类型，用于模拟物体在机械负荷作用下发生热变形的过程。
比如，在加工过程中，物体可能会发生变形和损伤，这些变形和损伤会进一步影响物体的热应力和热传导等效应。
在Abaqus中实现机械-热耦合需要选择适当的材料、物理属性和边界条件，定义机械负荷和热能输入等参数，构建机械-热耦合模型，并使用求解器进行求解。
综上所述，Abaqus中的耦合类型非常丰富和复杂，需要针对具体应用场景进行选择和实现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算设置
•
瞬态计算，流体采用Implicit Unsteady，固体采用Dymamic, Implicit； 采用固定时间步长，时间步长取为0.01s，总时间取为1.5s； 本算例中全部流体网格参与Morpher变形，在流体网格数量较大时， 建议在变形区域周围用Interface隔开，从而使仅变形区域附近网格参 与Morpher变形，减少Morpher时间；
Star-ccm+与Abaqus的直接 耦合方法
2011.2.22
CDAJ-China 技术部 张振科
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
系统需求及设置：
• • •
安装Star-CCM+ 5.06或更高版本； 安装Abaqus 6.10-2或更高版本； 设置如下环境变量：
set SIMULIA_CSE_LIBS= <abaqus_dir>\<release>\exec\lbr; <abaqus_dir>\<release>\External; set PATH=%SIMULIA_CSE_LIBS%;%PATH%;
•
稳态计算，流体采用Implicit Unsteady，并取时间步长远大于特征时 间尺度，本算例中取为100s； 在位移结构计算中，固体采用Static,General；在传热计算中，固体采 用Heat Transfer——Steady-tate； 在传递位移的时候，Star-CCM+中在耦合设置中选择Ignore Grid Flux Terms； 每个时间步对应一次数据交换，稳态情况下一般十次交换即可收敛；
・ STAR_LAGS ・・・ Abaqus
STAR-CD
・
ABAQUS_LAGS
・・・
STAR-CRENT
・・・
STAR-CD
Abaqus
Abaqus设定
Abaqus模型需要进行如下编辑：
・ ・ Abaqus定义耦合面 .inp编辑 【.inp编辑】 *Step…… ……. *CO-SIMULATION, NAME=COSIMULATION_1, PROGRAM=Multiphysics, CONTROLS=Control *Co-Simulation Region, type=Surface, Export INNER, NT *Co-Simulation Region, type=Surface, Import INNER, CFL *CO-SIMULATION CONTROLS, NAME=Control, Coupling Scheme=Gauss-Seidel, Scheme Modifier=Lead, TIME INCREMENTATION=SUBCYCLE, TIME MARKS=YES, STEP SIZE=100. …… *End Step
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
Star-CCM+侧进行的设置
・物理模型中选择co-simulation； ・在Tools——co-simulaition中设置跟ABAQUS直接耦合相关的参数； ・必要的话,设定网格变形(morpher）功能；
耦合参数设置
耦合参数设置
耦合模式的选择：
传递变量
STAR-CCM+与Abaqus中对应的变量
变量 Abaqus中变量名 STAR-CCM+中变 量名
速度 流场力
V CF
Velocity Wall Shear Stress, Static Pressure or Absolute Pressure
温度 热流
NT CFL
Temperature Boundary Heat Flux Boundary Heat Flux, Local Heat Transfer Reference Temperature
•
•
•
计算结果示意-固体温度
计算结果示意-流体
计算收敛过程-固体最低温度
计算应力方法
建立Abaqus应力计算模型，将前面得到的温度结果 文件作为载荷加载进来； 注意：保持时间对应；
计算结果示意-固体应力
计算结果示意-塑性应变
应用案例——平板模型
流场几何
应用案例——平板模型
流场网格
应用案例——平板模型
•
(在UNIX/Linux下）以如下命令启动Star-CCM+
starccm+ -ldlibpath $SIMULIA_CSE_LIBS/lib
Abaqus与Star-ccm+耦合接口方案
耦合步骤
1. 2. 3. 4. 5. 6.
分别建立Star-CCM+模型和Abaqus模型，保证各自单独计算正常； 在Star-CCM+模型中进行耦合相关设置（方法见后）； 在Abaqus模型中进行耦合相关设置（方法见后）； 在Star-CCM+的界面中启动耦合进程； 进行耦合计算； 结果保存及后处理。
薄膜热属性(对流换 CFILM 热系数,薄膜温度)
耦合运行方法
首先在Star-CCM+中启动Abaqus：
然后正常进行Star-CCM+迭代即可；
注意事项
不支持二维及轴对称模型；
应用案例——歧管流固耦合换热
结构模型
流体模型
Inlet : 1 [m/s]
应用案例——歧管流固耦合换热
流体模型
稳态计算方法
•
•
计算中的流体网格
计算结果-板上一点位移曲线
计算结果-变形动画