MPCCI流固耦合培训资料1

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流固耦合解决方案及MPCCI功能介绍

电子机械领域打印机磁流体
核工业领域大气环境领域生物力学和医疗领域 …
-24-
MpCCI的应用领域
流固耦合
汽车外形空气动力学设计
StarCD–Nastran/ ABAQUS
压电系统的阻尼
StarCD–ANSYS
聚合物静态混合器
StarCD–Permas
生物力学模拟
StarCD–Mecano
汽车安全气囊气体喷射模拟 CFX–Marc
Computing 开发的。发展历史为：
• 1996 开发Coupling Communication Library (CoCoLib)。 • 2000 首次公开发布MpCCI version 1.0 • 2001-2002 MpCCI version 1.x • 2003 MpCCI version 2.0 • 2004 MpCCI version 3.0 最新版本是3.10
改进的隐式流固耦合
0 = σ ij , j + f i
ε ij
=
1 2
(u i, j
+ u j,i )
σ ij = 2 µε ij + λε δ kk ij
σ ij n ij = Fi
STAR-CD 温度
STAR-CD 等效应力
-7-
分析实例
计算模型
管壳式换热器
-8-
分析实例
换热器温度场变化
-9-
结果可视化处理
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MpCCI 体系结构
1. 准备模型
模模型型文文件件AA
模模型型文文件件 BB
2. 定义耦合过程 3. 耦合计算
软件
耦合区域
物理量
选项

MpCCI_在流固耦合换热中的应用

MpCCI简单的使用过程
1. 构造和运行独立的ABAQUS和FLUENT模型 2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的ABAQUS和FLUENT模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理

• 许多重要的问题都涉及到某种形式的流固耦合
– 由于缺乏合适的求解技术，这种耦合效应通常都被简单地忽略掉。
• 仅仅模拟单一场往往是不能满足工程需要的，在许多时候模拟单一场甚至于得出完全错误的结论

流固耦合传热问题
• 流固耦合传热问题是流固耦合问题的一个分支，主要关注流体与固体之间的热量传递，还包括燃烧、辐射传热、固体的导热和热变形等。

MpCCI的优势
• 适应性强。对特定的问题，使用“合适”的软件来解决 • 对运行平台，网络环境没有限制 • 支持大部分主流计算软件的直接耦合模拟 • MpCCI提供了API Toolkit，可以方便的与用户自己编写的程序进行耦
合计算 • 各计算软件建模相对独立，数据通过黑箱（MpCCI Server）传递，极
• 应用领域包括：
– 核工业 • 发电机、变压器 • 冷却系统 • 热交换器
– 汽车 • 发动机、排气歧管、冷却水套
– 航空航天
• 动力推进器 • 高温热防护
– 电子设备的冷却 – ……

流固耦合－－面临的挑战
• 对使用者的挑战
– 对工程师提出了更高的要求
• 对解算器的挑战
热应力
ABAQUS-FLUENT analysis

使用MpCCI架构对冷却叶片的模拟
• 几何非常复杂 • 射流同主流的干扰 • 流体与固体的耦合换热 • 使用Fluent+Abaqus软件对此

108-基于MpCCI的流固耦合技术的工程应用

面向工程的流固耦合解决方案魏随利北京海基科技有限责任公司1基于MpCCI的流固耦合方案的流固耦合方案MpCCI （Mesh-based parallel Code Coupling Interface）是由德国SCAI开发出来的，其目的是为了提供一个独立于应用的接口来耦合不同的仿真代码。

MpCCI是这样的一个软件环境，它可以交换两个或多个仿真代码在耦合区域的网格之间的数据。

一般而言，属于不同仿真代码的网格是互不兼容的，MpCCI需要完成插值。

在并行情况下，MpCCI保持对在不同进程网格区域分布的跟踪。

MpCCI允许交换耦合代码之间的任意的物理量，如能量和动量源、材料特性、网格定义或全局量。

数据交换的复杂细节被隐藏在简洁的MpCCI界面接口之后。

大多数商业CFD/FEM软件允许用户通过编程接口增加额外的特征、物理模型、边界条件，在用户定义子程序内部存取内部数据结构是可能的，甚至于通过子程序参数、全局变量或者通过内部模型来读取和保存数据。

MpCCI正是使用这种能力完成代码适配，在每一个迭代步或时间步后所调用的子程序是连接到MpCCI的挂钩。

固体结构软件采用MARC、ABAQUS、ANSYS，流体分析软件采用FLUENT，以MpCCI 为流固耦合接口可以方便地模拟流固耦合问题。

在流固耦合时，流体分析软件FLUENT起主导和控制作用。

首先由流体软件初始化流场，在初始化完成后，流体软件将耦合区域的受力传递给固体分析软件MARC 或ABAQUS，固体分析软件计算这一时刻的节点位移、应力，在固体软件完成初始时刻的计算后，固体软件将耦合区域的节点位移传递给流体软件FLUENT，作为FLUENT软件移动边界的依据。

这时流体软件将时间步推进到下一时刻，完成下一个时刻的流动模拟，并且将耦合区域的受力传递给固体分析软件，在固体完成计算后将位移传递得流体分析软件，如此循环直到耦合过程结束。

双方在耦合区域部分的网格可以是不匹配的，MpCCI实现二者之间的传递和插值。

MPCCI流固耦合培训资料2

User home directory may be physically located on remote system. Access to temporary files in "<HOME>/.mpcci/tmp" should be quite fast.
- NFS may lead to out-of-sync delays for a few seconds. - This delay may interrupt process communication if the timeout-limit has been defined with a too small value (of less than 10 seconds).
"bin" the MpCCI binaries, which contain the MpCCI main program "mpcci" or "mpcci.exe" and the MpCCI shell "mpccish" or "mpccish.exe". The MpCCI shell is executed by MpCCI on remote machines. "codes" contains all code-specific files, in separate subdirectories for each code and one for the MpCCI server. Each subdirectory includes information for the MpCCI GUI ("gui.xcf") and some Perl scripts ("*.pm") for scanning of input files, starting and stopping the coupled codes. These are called by MpCCI during the coupling process.

(完整版)5流固耦合

第五章轴流泵的流固耦合5-1 流固耦合概论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。

单向耦合应用于流场对固体作用后，固体变形不大，即流场的边界形貌改变很小，不影响流场分布的，可以使用流固单向耦合。

先计算出流场分布，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，导致流场的边界形貌发生改变后，流场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场的影响，即双向耦合。

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。

下面简单介绍其理论基础。

连续流体介质运动是由经典力学和动力学控制的，在固定产考坐标系下，它们可以被表达为质量、动量守恒形式:()0v tρρ∂+∇⋅=∂ (1) ()B v vv f tρρτ∂+∇⋅-=∂ (2) 式中，ρ为流体密度；v 为速度向量；Bf 流体介质的体力向量；τ为应力张量；在旋转的参考坐标系下，控制方程变为： ()0r v v tρρ∂+∇⋅=∂ （3） (-)+B r r c v v v f f tρρτ∂+∇⋅=∂ （4）形式和固定坐标系下基本相同，只是速度变成了相对速度，另外就是增加了附加力项c f 。

固体有限元动力控制方程为：[]{}[]{}{}...[]{}M u C u K u F ++= （5）式中，[]M ，[]C ，[]K 分别是质量矩阵，阻尼矩阵以及刚度矩阵，{}F 为载荷矩阵。

流固耦合遵循最基本的守恒原则，所以在流固耦合交界面处，应满足流体与固体应力、位移、热流量、温度等变量的相等或守恒，即满足如下四方程：f f s s n n ττ⋅=⋅ (6)f s d d = (7)f s q q = (8)f s T T = (9)5-2 单向流固耦合思路分析：轴流泵的单向流固耦合仅仅考虑流场对结构的影响，并不考虑结构变形对流场的影响，所以其数据的传递是单向的，流场和结构的分开计算，完成流场计算之后将其作为结构的边界条件加载到结构域上。

MPCCI流固耦合培训资料1

物理变量
E → 电场 ρ → 冲电密度 B → 磁场 σ → 电阻 J → 电流密度 ( electric current)
E t
t → 时间
多物理场

物理场
电磁学
程序
- FLUX - ANSYS
MpCCI 物理量
- 电场
ElectricField MagneticField
多物理场

物理场
噪音
程序
- ABAQUS - PERMAS
MpCCI 物理变量
- 声压
AcstPressure DeltaTime, PhysicalTime
- 时间

多物理场

物理场
导热 (固体换热 )
方程
“Fourier's law”
物理变量
T Q k t → 温度 → 换热 (热流密度) → 导热性 → 时间
多物理场

物理场
典型耦合域的物理场有：
固体换热
- 固体中的热传导取决与固体热传导 - 通常边界的温度以及热源项给定，于是温度分布就可以求解 - 通常包括固体力学程序
流体换热
- 流体换热主要取决与热传导以及热对流 - 大部分的流体程序可以计算换热
辐射换热
- 固体或液体电磁辐射引发温度分布(e.g. 红外线)， - 特别的模拟程序，与流体固体换热不同
From: Zienkiewicz & Taylor. The Finite Element Method, Volume 1, The Basis. Butterworth Heinemann, Oxford, 2000
多物理场

耦合系统

第三方平台软件流固耦合mpcci介绍(中文版)汇总资料

system, ABS, shock absorbers
• Electronics
– Cooling of electronic components – Manufacturing of integrated circuits
• Rubber
– Flow limiters, seals – Tire hydroplaning
– 尺寸和位置对应 – 标识耦合面 – 其余的设置完全互相独立
How Easy is MpCCI
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型 2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
耦合独立的CFD和FEM模型
How Easy we can use MpCCI
1. 构造和运行独立的ABAQUS和FLUENT模型 2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的ABAQUS和FLUENT
模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
建立 ABAQUS 和FLUENT 模型
• 分别建立流体和固体模型
• MpCCI： Mesh-based parallel Code Coupling Interface
• MpCCI软件是由德国Fraunhofer科学计算法则研究所（ SCAI）开发的面向多学科、多物理场的专业接口软件
– Fraunhofer-SCAI从1996年开始从事MPCCI的研究工作，并成为这一领域的活跃领导者，推出MPCCI的前身CoCoLib和Grissli，并且得到了大量的工程验证。
流固耦合－－面临的挑战
• 对使用者的挑战
– 对工程师提出了更高的要求

流固耦合教材

流固耦合教材流固耦合是流体力学和固体力学相互作用的一种重要现象，广泛应用于工程领域中。

本教材旨在介绍流固耦合的基本概念、理论模型和数值计算方法，以及其在工程实践中的应用。

流体力学和固体力学是研究流体流动和固体结构力学特性的两个独立的学科。

然而，在实际工程中，往往需要考虑流体和结构之间的相互影响，这时就需要使用流固耦合分析方法。

二、流固耦合的基本理论1. 流动力学基本原理流体的运动可以通过质量守恒、动量守恒和能量守恒三个基本方程来描述。

在流固耦合分析中，需要将流体的力学行为与固体结构的行为相结合，建立适当的数学模型。

2. 固体力学基本原理固体力学是研究物质的应力与应变关系的学科，包括弹性力学、塑性力学、断裂力学等。

在流固耦合分析中，需要考虑固体结构在流体流动中的变形和应力响应。

3. 耦合理论的建立流固耦合分析中，需要将流体力学和固体力学的方程进行耦合，建立相应的耦合模型。

常见的耦合模型有一体化耦合模型和分离式耦合模型。

三、流固耦合的数值计算方法1. 有限元方法有限元方法是流固耦合分析中常用的数值计算方法之一。

通过将连续的物理域离散化为有限个单元，求解各单元上的位移、速度、压力等参数，并通过单元之间的边界条件进行耦合。

2. 边界元方法边界元方法是一种将物理问题转化为表面积分方程求解的数值方法。

在流固耦合分析中，边界元方法可以用于求解流体域和结构域的界面上的力学参数。

3. 网格less方法网格less方法是一种将物理问题空间离散化的方法。

在流固耦合分析中，可以利用网格less方法进行流体和结构的耦合求解。

四、流固耦合的应用1. 结构物的水动力问题流体对结构物的作用会导致结构物的振动、变形和破坏。

流固耦合分析可以用于预测结构物在水动力环境下的响应，并进行可靠性评估。

2. 水力机械的设计与优化水力机械的设计与优化需要考虑流体流动对结构的影响。

通过流固耦合分析，可以优化水力机械的结构形式和流道参数，提高水力机械的工作效率和安全性。

流固耦合算法强耦合

流固耦合算法强耦合全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：流固耦合算法是一种将流体动力学和固体力学耦合在一起的数值模拟方法，用于研究物体在流体中的行为。

在强耦合条件下，流体与固体之间相互作用密切，难以单独考虑，因此需要采用流固耦合算法来模拟这种复杂的物理现象。

流固耦合算法在航空航天、汽车工程、海洋工程等领域有着广泛的应用。

在飞机设计中，可以利用流固耦合算法来模拟飞机在高速飞行中的气动效应，分析机翼变形对飞行性能的影响。

在汽车工程中，可以研究车辆行驶时的气动阻力，优化外形设计以降低能耗。

在海洋工程领域，可以模拟海洋结构物受到海浪冲击时的应力分布，评估结构的稳定性。

流固耦合算法的发展可以追溯到上世纪70年代，随着计算机性能的提高和数值方法的发展，流固耦合算法得到了广泛的应用。

目前，流固耦合算法已经成为研究流体-固体相互作用的重要工具，为工程师和科学家提供了强大的分析和设计手段。

在强耦合条件下，流体和固体之间的相互作用包括以下几个方面：流体对固体的压力作用会导致固体的形变，而固体的形变又会改变流体的速度分布；固体表面的几何形状会影响流体流动的特性，如阻力、升力等；固体物体的运动轨迹也会受到流体的阻力和扰动的影响，两者之间存在着相互作用。

为了模拟强耦合条件下的流固耦合问题，需要同时求解流体动力学方程和固体力学方程，并通过耦合条件将两者联系起来。

在数值模拟中，一般采用有限元方法或有限体积方法来离散方程，利用迭代算法求解，通过不断迭代直至两者之间的计算结果收敛为止。

流固耦合算法是一种将流体动力学和固体力学耦合在一起的数值模拟方法，在强耦合条件下的模拟是一种比较复杂的问题。

通过求解流体动力学方程和固体力学方程，并通过耦合条件将两者联系起来，可以实现精确地模拟流体和固体之间的相互作用，为工程设计和科学研究提供有力的支撑。

流固耦合算法在航空航天、汽车工程、海洋工程等领域有着广泛的应用前景，将在未来的研究中发挥重要作用。

流固耦合 - 基础知识

流固耦合概念流固耦合，是研究可变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流场影响这二者相互作用的一门科学。

它是流体力学(CFD) 与固体力学(CSM) 交叉而生成的一门力学分支，同时也是多学科或多物理场研究的一个重要分支。

流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。

变形或运动又反过来影响流体运动，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。

当你研究的问题，不仅涉及到了流场的分析，还涉及到了结构场的分析，而且二者之间存在着明显的相互作用的时候，你就考虑进行流固耦合分析。

流固耦合求解方法流固耦合问题分析根据流体域和固体域之间物理场耦合程度的不同，可分为强耦合和弱耦合，对应的求解方法分别为直接解法和分离解法。

直接解法通过将流场和结构场的控制方程耦合到同一方程矩阵中求解，即在同一求解器中同时求解流固控制方程，理论上非常先进，适用于大固体变形、生物隔膜运动等。

但在实际应用中，直接法很难将现有的计算流体动力学和计算固体力学技术真正结合到一起。

另外，考虑到同步求解的收敛难度以及耗时问题，直接解法目前主要应用于模拟分析热－结构耦合和电磁－结构耦合等简单问题中，对于流体－结构耦合只进行了一些非常简单的研究，还难以应用在实际工程问题中。

而弱流固耦合的分离解法是分别求解流体和固体的控制方程，通过流固耦合交界面进行数据传递。

该方法对计算机性能的需求大幅降低，可用来求解实际的大规模问题。

目前的商业软件中，流固耦合分析基本都采用分离解法。

ANSYS很早便开始进行流固耦合的研究和应用，目前ANSYS中的流固耦合分析算法和功能已相当成熟，可以通过或者不通过第三方软件（如MPCCI）实现ANSYS Mechanical APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。

流固力电耦合-概述说明以及解释

流固力电耦合-概述说明以及解释1.引言1.1 概述流固力电耦合是指流体、固体和电力之间相互作用的现象和理论。

在众多领域中，流固力电耦合都起着重要的作用。

本文将对流固力电耦合的概念、应用领域以及研究方法进行探讨和分析。

流固力电耦合是一个复杂而广泛的研究领域，涉及到流体、固体和电力三个基本要素之间的相互作用。

在许多自然界和工程领域中，流体、固体和电力的相互影响会引起各种现象和效应，例如流体对固体的冲蚀、固体对流体的阻力以及电力对流体和固体的激励等。

因此，研究流固力电耦合的机理和特性对于深入理解自然和改进工程设计都具有重要意义。

在实际应用中，流固力电耦合的研究有着广泛的应用领域。

例如，在航空航天领域，流固力电耦合的现象和效应对于飞行器的空气动力学性能和结构强度有着重要影响。

此外，流固力电耦合理论也被应用于能源领域，例如水力发电、风能利用以及燃烧热流的调控等。

此外，流固力电耦合还在生物医学、材料科学和环境工程等领域中得到了广泛的研究和应用。

研究流固力电耦合的方法可以说是多种多样的。

一方面，实验方法是研究流固力电耦合的重要手段。

通过设计合适的实验装置和测量设备，可以从实验数据中获取流体、固体和电力之间相互作用的信息。

另一方面，数值模拟方法也是研究流固力电耦合的常用手段。

采用计算流体力学、有限元分析等数值模拟方法，可以对流固力电耦合系统进行数值模拟和参数优化。

此外，理论分析方法也是研究流固力电耦合的重要途径。

通过建立适当的数学模型和理论框架，可以从理论层面上揭示流体、固体和电力之间相互作用的本质和规律。

总而言之，流固力电耦合作为一门交叉学科，具有重要的理论和实际应用价值。

通过研究流固力电耦合的概念、应用领域和研究方法，可以推动相关领域的科学发展，并为工程设计和科技创新提供理论指导和实践支持。

1.2 文章结构本文按照以下结构进行展开：介绍流固力电耦合的概念和应用领域，探讨流固力电耦合的研究方法，最后得出流固力电耦合在工程领域的重要性和未来的发展前景。

MPCCI流固耦合培训资料

- E → 电场
ρ → 冲电密度
- B → 磁场
σ → 电阻
- J → 电流密度 ( electric current)
t → 时间
多物理场
物理场
电磁学
程序
- FLUX - ANSYS
MpCCI 物理量
- 电场
ElectricField
- 磁场
MagneticField
- 冲电密度
导热 (固体换热 )
方程
“Fourier's law”
多ห้องสมุดไป่ตู้理场
物理变量
- T → 温度 - Q → 换热 (热流密度) - k → 导热性 - t → 时间
多物理场
物理场
导热 (固体换热 )
程序
- ABAQUS - ANSYS - MSC.Marc - PERMAS - FLUX
MpCCI 物理变量
MpCCI 简介
MpCCI (Mesh-based parallel Code Coupling Interface)就是基于网格的耦合界面并行程序，并行的基础是MPI (Message Passing Interface) 。
MpCCI是由德国Fraunhofer Institute for Algorithms and Scientific Computing开发的。发展历史为：
独立求解:
两个模拟程序耦合, 各自求解一个物理场. 使用绝大多数耦合程序的方法和特点. 每个程序需要单独的输入文件求解过程中两个模拟程序通过MpCCI彼此通信.
MpCCI 特点:
图形化界面简化了耦合模拟的设置过程. 模拟程序可以由MpCCI触发. 数据传递直接有端口交换(TCP/IP). 选择耦合区域以及耦合物理量非常简单. 支持不同的耦合算法. 其他的特点-取决与模拟程序

Mpcci 学习

MpCCI 学习首先启动MpCCI，配置完成后，在Go step中首先Start MpCCI，然后Start Fluent、Start Abaqus。

在fluent的开始界面中，首先initial，然后设置迭代参数，time step size不但要与前面的abauqs的constant coupling time step相一致【应与abaqus>Edit Step>Incrementation>Initial increment size相同】。

_ A check of your secure shell rsa/dsa key files. If no rsa/dsa key files are found you will be asked to create them._ Check for an existing project file in the current directory in order to load that project to the MpCCI GUI. If more than one project file exists no project will be loaded._ Check of the license environment. MpCCI GUI tries to check for a license e. g. MPCCI LICENSE FILE and also informs you when your license will soon expire. In order to disable it use the option -nolic.If you do not include the <project name> to the mpcci gui the MpCCI GUI starts at the initial step.Coupling Stepusage of the same model dimension by the coupled codes.usage of appropriate solution types by the coupled codes. The solution types will be found by the scanner and may be static, transient or undefined. Different types in the model files lead to a warning message. Undefined types are treated as being proper.先计算返回▪“skip” (or “none”)-第一次交换没有动作耦合算法的结构第一步:▪首先检查在求解前或求解后是否交换例子:▪程序A在求解后交换▪程序B在求解前交换▪起始交换:-程序A: exchange-程序B: receive时间步上求解操作次序:▪程序 A 开始计算 (1)▪程序 B 等待数据▪程序A结束计算并发送数据(2)First system: Electrical conduction (Maxwell's equations)Second system: Heat conduction (Fourier's law)Quantities: Temperature/electric conductivity (2 >1), power loss/Joule heat (1>2)To find a solution for a coupled problem, all governing equations, which can be combined in a large system, must be solved. The solution in this way is called strong coupling. However, solving a system with strong coupling is often difficult as different approaches are necessary to solve the sub-problems.An alternative approach is through weak coupling. Here each problem is solved separatelyand some variables are exchanged and inserted into the equations of the other problem. This procedure usually yields a less exact solution compared to strong coupling. The advantages of the weak coupling are that the sub-problems can be solved faster than the complete system and that specialized solvers can be used for each.Figure 2: Staggered algorithm for solution of a coupled problem.The staggered method is sketched in Figure 2, which is one of the weak coupling approaches of MpCCI: Code A computes one step, sends data to code B, which then computes one step and sends data back to code A and so on. In addition to the staggered approach, MpCCI supports parallel execution of both codes. The selection of the coupling algorithm is described in . 2.8 Go Step { Starting Server and Codes /.Exchange /mustGUI.started.[thewith中进行】A simple exampleFigure 1. A simple coupled systemFigure 2: Exchange of quantities in the example FSI simulation2.2 model preparationBefore starting the coupled simulation, the models must be prepared in each code. In our example, this requires a model of the flow region and a model of the flap structure. Both models are created in the undeformed condition, i. e. the flap is straight. Thecomputation of such a problem requires a CFD-code which can handle moving/deformable meshes.[在fluent及abaqus中建立的模型都是没有发生变形]。

基于mpcci的abaqus和fluent流固耦合案例1[学习]

基于mpcci的abaqus和fluent流固耦合案例1[学习] CAE联盟论坛精品讲座系列基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例主讲人:mafuyin CAE联盟论坛总监摘要:通过MpCCI流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了Abaqus和Fluent相结合的流固耦合仿真分析。

信息介绍了从建模、设置到求解计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。

1 分析模型用三维建模软件solidworks建立了一个管径为1m的弯管，结构尺寸如图1a所示，管的结构如图1b所示，流体的模型如图1c所示。

值得注意的是，由于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接生成，而需先通过对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模型。

用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。

a. 尺寸关系b. 管壁结构c. 流体模型图1. 几何模型示意图压力出口内壁面(耦合面) =300K P=0Pa;T速度入口 outv=6m/s; T=600K in外壁面图2. 流固耦合传热分析模型示意图由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。

即管的一端为流体速度入口，一端为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口速度为6m/s，温度为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。

需要求解流体和管壁的温度场分布情况。

2 流体模型将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器Gambit 中，如图3a所示。

设置求解器为，然后划分体网格，网格尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所示。

a. 导入Gambit软件中的流体模型b. 流场的网格模型图3. 流体模型及网格示意图进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口(VELOCITY_INLET)、压力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。

第九讲流固耦合

第九讲 Nhomakorabea流固耦合
自动耦合

欧拉施加的压力通过拉格朗日表面进行积分得到节点力

拉格朗日相当于给欧拉施加了流动约束

它们之间不考虑摩擦

部分覆盖的单元被自动合并（ Blended）自动接触能够考虑侵蚀
Blended cells
拉格朗日体的（Lagrange part）整个外表面自动和欧拉进行接触欧拉施加压力给拉格朗日

刚体欧拉耦合
全耦合– 水下爆炸

水下爆炸对舰艇的影响

刚体欧拉耦合
刚体壳
水和空气使用3D多物质欧拉
全耦合 – 水面爆炸对舰艇的影响

靠近舰艇的空气中爆炸

刚体欧拉耦合刚体壳水和空气使用3D多物质欧拉
全耦合 – 爆炸对舰艇壳体的冲击变形

靠近舰艇的空气中爆炸

刚体欧拉耦合刚体壳水和空气使用3D多物质欧拉
全耦合 - 爆炸侵彻钢筋混凝土
Euler Blast
Lagrange Concrete
Beam Reinforcements
全耦合- 地雷爆炸

空气爆炸

全耦合

破片碰撞

接触

侵蚀

余留的惯性
全耦合 – 爆炸侵彻 RPG

RPG爆炸冲击波和破片对 CFRP翼箱的破坏

空气中爆炸采用冲击波求解器 RPG壳体 (破片) 和翼箱
全耦合 – 玻璃碎片

有效减低飞散玻璃碎片的危险，德国国防部对各种汽车玻璃进行了安全评估 :

Test in Large Blast Simulator

一些关于使用MPCCI计算流固耦合问题时Fluent网格分块的经验

一些关于使用MpCCI计算流固耦合问题时Fluent网格分块的经验下面的列子只是为了说明问题而构造的，实际问题要比这个复杂的多。

如下图所示，流体从左边以一定的攻角流入，绕过中间蓝色的固体障碍物，然后从右边流出。

图（一）：问题背景示意图在使用MpCCI, Fluent和其它FEM软件(比如ABAQUS)进行流固耦合计算时，通常由于CFD计算很耗时，而不得不使用Fluent并行计算功能以缩短计算时间。

这里我将以四个节点并行计算来说明问题。

要使用Fluent并行计算功能，那么必需将Fluent的网格分块(partition)，但是这时不能像单独使用Fluent进行流场计算那样进行分块了。

为了方便说明问题，我将假设使用ABAQUS作为FEM求解器。

由于上图中的流体和结构将在两个弧状的界面上进行耦合，而是将结构FEM网格上下两个弧线上的单元在ABAQUS中定义为两个不同的Set，请参考图二。

（当然由于这个耦合面的几何本身很简单，实际计算时没有必要做成几个Set，真正计算时设置为一个Set 就够了。

然而像在处理计算飞机整机蒙皮在气动力作用下的响应的流固耦合问题时，就应当把(结构的)耦合面按照某种方式做成不同的Set以利于后面流场网格的分块。

）MpCCI 要求Fluent网格中与结构FEM模型的某一Set对应的耦合面必需位于同一个分块(partition)里面。

比如，图一里面的(流场里面的)上弧线与结构网格里面的SetA_Element_Face对应，那么它不能属于不同的partition，同理，(流场里面的)下弧线也受到同样的限制。

因此图三的分块方式是错误的，而图四是一种正确的分块方法。

图（二）：结构网格示意图图（三）：错误的流场分块方式图（四）：一种正确的流场分块方式要达到图四的分块效果实际只需在生成流场网格时注意几点就差不多了。

我是使用Gridgen生成的流场网格。

我把整个流场网格按照图五的方式创建了四个不同的block，然后再输出网格时，为四个不同的block设置为四个不同的用户自定义的VB(Volume Boundary )，实际上这与Gambit中的zone设置对应。

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