abaqus FSI流固耦合教程
[P]ABAQUS流固耦合之--增量步参数设置
![[P]ABAQUS流固耦合之--增量步参数设置](https://img.taocdn.com/s3/m/1229127531b765ce05081441.png)
1. ABAQUS流固耦合分析步参数设置（1）abaqus流固耦合分析步参数设置-BASICTIME PERIOD为该分析步总时间，例如图中设定为86400s（该单位与建模时设置的系统单位一致，以下时间单位均默认为秒），则认为该分析步在86400s即24h内完成。
（2）EDIT STEP—INCREMENTATION，增量步的设置通常type选择automatic选项，即系统根据计算速度及收敛程度自动调整增量步（fixed为固定增量步，如每一步设置8640，则进行10步，最终总时间为86400，该选项不建议适用，模型复杂时易导致不收敛）Maximum number of increments，默认为100，模型复杂不易收敛时，可将其调大，即最大迭代次数增加（通常设置1000即足够）。
Initial，初始增量步，通常设定为time period的0.1~0.01倍，若模型收敛性较好，则系统将通过automatic功能自动调大增量步，加快计算速度。
Max.pore pressure change per increment，允许每步最大增量，该选项建议调大，例如本模型初始孔压最大值为6e5pa，则该选项可设定大于e5的数量级（设置过小，如e-5，则每步允许增量步太小，反复迭代次数过多易导致不收敛），End step when pore pressure change rate is less than可不设置，即认为其计算至最后终止。
（3）other其他选项非线性模型求解通常勾选unsymmetric。
以下为网络帖子，其所遇到问题正是由于增量步设置导致（尤其最大允许增量步的设置），供参考。
2. 帖1[流固耦合] abaqus流固耦合进行瞬态分析时，设定的UTOL是什么意义？如题，最近模拟的是注水试验过程，在进行瞬态渗流分析时，采用自动时间步长里要设置一个UTOL的值，书中说这个值是增量步中允许的孔压变化最大值，决定了孔压对时间积分的精确度。
(整理)流固耦合FSI分析
流固耦合FSI分析分析原理：流场采用CFX12，固体采用ANSYS12分别计算，通过界面耦合。
流体网格：流体部分采用HyperMesh9.0分网，按照流体分网步骤即可，没有特殊要求。
网格导出：CFX可以很好的支持Fluent的.cas格式。
直接导出这个格式即可。
流体的其余设置都在CFX-PRE中设置。
固体网格即设置：HyperMesh9.0划分固体网格。
设置边界条件，载荷选项，求解控制，导出.cdb文件。
实例练习：以CFX12实例CFX tutorial 23作为练习。
为节省时间，将计算时间缩短为2s。
网格划分：提取CFX tutorial 23中的实体模型到hm中，分别划分流体，固体网格。
分别导出为fluent的.cas格式和ansys的cdb格式。
流体网格如下：网格文件见:fluid.cas固体网格为：特别注意：做FSI分析时，ANSYS固体部分必须在BATCH下运行（即将.cdb文件导入ansys不需要任何操作就能直接计算出结果），所以导出的.CDB文件需要添加一个命令，在hm建立FSIN_1的set，以方便在.cdb中手动添加命令SF,FSIN_1,FSIN,1，具体位置在定义了节点集合FSIN_1之后。
另一个set：pressure用于施加压强。
这里还设置了一些控制卡片用于分析，当然也可以直接修改.cdb文件详细.cdb文件请参看plate.cdb将固体部分在ansys中计算一下，以确定没有问题。
通过ansys计算检查最大位移：最上面的点x向变形曲线至此，固体部分的计算文件已经准备好，流体网格需要导入CFX以进一步设置求解选项和耦合选项。
以下在CFX-PRE中进行设置由于固体模型已经生成，故不需要利用workbench，所以不必按照指南的做法。
启动workbench，拖动fluid flow(CFX)到工作区直接双击setup进入CFX-PRE 导入流体网格然后设置分析选项：注意：mechanical input file即是固体部分网格。
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。
Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结
Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结翻译抖音号abaquser，qq443941211这个问题提出了在圆柱形热源周围饱和土壤中固结的解决方案。
布克和萨维维杜（Booker and Savvidou，1985）对该问题进行了研究，它代表了埋在饱和土壤中的放射性废物罐问题的理想化。
由于来自罐的热辐射而发生的温度变化导致孔隙水的膨胀量大于土壤中的孔隙，导致热源周围的孔隙压力增加。
产生的孔隙压力梯度将孔隙流体驱离热源，导致孔隙压力随时间消散。
Booker和Savvidou开发了针对点热源深埋在饱和土壤中的基本问题的分析解决方案。
随后，他们使用该分析解决方案得出了圆柱热源周围固结问题的近似解决方案。
该问题为Abaqus中的耦合热固结能力提供了验证。
饱和土壤的分析需要耦合应力-扩散方程的解，Abaqus中使用的公式在《Abaqus理论指南》第2.8节“多孔介质分析”中有详细描述。
热固结能力还可以与应力扩散方程完全耦合地求解传热方程（同时考虑传导和对流效应），从而模拟孔隙压力对孔隙流体和管道中温度场的影响。
土壤，反之亦然。
定义几何形状和材料特性的参数的数值是基于Lewis和Schrefler（2000）对这个问题进行的参数研究中给出的细节。
问题描述问题设置如图1.15.7-1所示。
半径为0.1604m，高度为2.5m的圆柱形热源被埋在半径和高度均等于10m的圆柱形土壤中。
实际上，土壤的圆柱形体积代表了围绕热源的无限介质。
重力被忽略了。
由于边界条件（下面将详细讨论），问题基本上是一维的，唯一的梯度是在径向上。
分析的目的是预测整个土壤质量，特别是热源附近的孔隙压力和温度随时间的变化。
几何和模型利用垂直方向的对称性，仅对问题的一半进行建模。
使用三维和轴对称的温度-孔压力元件均可解决此问题。
为了呈现结果，选择了三维元素类型C3D8RPT。
三维分析和轴对称分析均使用基本三维8节点或轴对称4节点元素以及修饰的四面体元素的不同变体（例如，积分和混合）进行。
流固耦合分析(FSI)理论详解
流固耦合分析（FSI）流固耦合分析（FSI）是涉及流体和固体之间相互作用的问题研究，其理论包括了几个主要方面：流体力学、固体力学、耦合边界条件、求解器等。
以下是流固耦合分析的详细理论讲解，带有相关公式和尽量详细的说明。
一、流体力学1. 守恒定律质量守恒定律：$$ \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0 $$动量守恒定律：$$ \rho \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + \rho (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} = \nabla \cdot \tau + \mathbf{f} $$其中，$\rho$是流体密度，$\mathbf{u}$是流体速度，$\tau$是应力张量，$\mathbf{f}$是体力。
2. 纳维-斯托克斯方程$$ \rho \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + \rho (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} = \nabla \cdot (-p\mathbf{I} + \tau) + \mathbf{f} $$其中，$p$是静压力，$\mathbf{I}$是单位张量。
3. 边界条件（1）速度边界条件：$\mathbf{u} = \mathbf{u}_b$，其中$\mathbf{u}_b$是边界上的速度。
（2）压力边界条件：$p = p_b$，其中$p_b$是边界上的压力。
4. 流体力学求解器常用的流体力学求解器有OpenFOAM、ANSYS Fluent等。
二、固体力学1. 力学基本方程$$ \tau = \sigma\cdot \mathbf{n} $$其中，$\tau$是表面上的接触力，$\sigma$是固体的应力张量，$\mathbf{n}$是表面的单位法向量。
流固耦合过程_教程
湖南大学先进动力流固耦合过程（仅耦合热边界）准备软件：¾AVL-FIRE¾Hypermesh（用于划分和处理网格）¾ABAQUS（熟悉inp文件结构和语句）¾MSC-Patran湖南大学先进动力以AVL-FIRE安装目录下面简单例子为例，位于以下目录：D（安装盘符）:\AVL\FIRE\v（版本号）\exam湖南大学先进动力第一步：CFD计算所有设置与例子中保持一致湖南大学先进动力第一步计算CFD的时候，不需要选上Mesh FEM format，只需指定输出Frequency即可。
湖南大学先进动力第一步计算完之后会产生一个htcc 文件，如下图：湖南大学先进动力第二步：耦合面网格及固体网格获取为了便于统一坐标位置和热边界插值，不用例子中的FEM 网格。
FEM 网格将从CFD 网格（cyl.flm ）中“抽取”，如下图，在Fire 中导出.nas 格式文件。
湖南大学先进动力在hypermesh中TOOl>faces 板块中把流体网格的外表面抽取，然后删除两端面的面网格选择全部网格（displayed）即可湖南大学先进动力通过3D>elem offset 来获得实体网格湖南大学先进动力第三步：映射（mapping ）热边界条件上一步得到的面网格导出为.nas 文件（如sur_mesh_for_mapping.nas ）FIRE 中FEM Interface中设置如下两图湖南大学先进动力保存之后，Start ，next 直到如图所示界面，输入-fem –mode=mapping湖南大学先进动力第四步：查看热边界结果（这一步不是必需的，为了Mapping之后会产生一个包含热边界的inp文件，用于后续的固体温度场计算。
湖南大学先进动力映射距离与用例子比较（用三角形面单元）湖南大学先进动力第五步：在MSC-Patran 中做MPC注意：这里的面网格节点号和单元号要与前面用来mapping 的面网格对应上，可以在patran 或者hypermesh 中通过renumber 来实现，固体网格最好也把节点号和单元号renumber ，记下所有的节点号和单元号，以备后用。
Abaqus流固耦合仿真方法大全，总有你的菜，哪怕是佛系
Abaqus流固耦合仿真⽅法⼤全，总有你的菜，哪怕是佛系对于⼀般的流固耦合问题，Abaqus提供的仿真⽅法多种多样，最常⽤的三⼤类是：1.协同求解需要不同求解器之间进⾏通信：a.使⽤SIMULIA 协同仿真引擎b.使⽤多场耦合分析⼯具MpCCIc.使⽤Abaqus的ZAERO接⼝程序2.CEL3.SPH⽽特殊流固耦合问题，⽐如渗流（Seepage分析）、湿模态（可⽤Acoustic单元）、流体腔（Fluid Cavity）等，Abaqus也都有对应的分析⼿段。
最近问到的流固耦合问题⽐较多，这期⽂章就介绍⼀下Abaqus常⽤的三⼤类流固耦合分析⽅法。
1.协同求解a.使⽤SIMULIA协同仿真引擎⾸先要有两个model，⼀个CFD，⼀个Structure，定义耦合界⾯，并分别创建两个作业；然后通过SIMULIA协同仿真引擎引⽤两个model的作业，创建⼀个协同仿真；最后提交协同仿真任务，在模型树中可调出两个协同分析作业的监控。
Abaqus/CFD特点：能够进⾏不可压缩流体（通常认为是液体或者密度变化相对较⼩的⽓体，0≤Ma≤0.1~0.3）动⼒学分析，可以是层流或湍流（4种湍流模型）、稳态或瞬态（能够使⽤ALE变形⽹格）。
流体参数：密度、粘度、初始速度、等压⽐热容、热膨胀系数。
⼯程应⽤领域：⼤⽓扩散、汽车⽓动设计、⽣物医药、⾷品加⼯、电器冷却、模具填充等。
6.10版引⼊CFD求解器，2017版取消，因此该⽅法只能在Abaqus有限版本内使⽤：SIMULIA Co-simulation Engine简介：达索SIMULIA的多场耦合求解平台，内置于Abaqus Job模块，功能强⼤，可以⽤于耦合Abaqus不同求解器或第三⽅求解器，⽐如单独在Abaqus内可以做到：①流固耦合将⼀个Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit分析过程与⼀个Abaqus/CFD分析过程进⾏协同；②共轭热传导将⼀个Abaqus/Standard分析过程与⼀个Abaqus/CFD分析过程进⾏协同；③电磁-热或电磁-⼒学耦合将两个Abaqus/Standard分析过程进⾏协同；④隐式瞬态分析和显式动态分析之间耦合将⼀个Abaqus/Standard分析过程与⼀个Abaqus/Explicit分析过程进⾏协同。
Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结
Abaqus热流固耦合——围绕圆柱形热源进行固结翻译抖音号abaquser，qq443941211这个问题提出了在圆柱形热源周围饱和土壤中固结的解决方案。
布克和萨维维杜（Booker and Savvidou，1985）对该问题进行了研究，它代表了埋在饱和土壤中的放射性废物罐问题的理想化。
由于来自罐的热辐射而发生的温度变化导致孔隙水的膨胀量大于土壤中的孔隙，导致热源周围的孔隙压力增加。
产生的孔隙压力梯度将孔隙流体驱离热源，导致孔隙压力随时间消散。
Booker和Savvidou开发了针对点热源深埋在饱和土壤中的基本问题的分析解决方案。
随后，他们使用该分析解决方案得出了圆柱热源周围固结问题的近似解决方案。
该问题为Abaqus中的耦合热固结能力提供了验证。
饱和土壤的分析需要耦合应力-扩散方程的解，Abaqus中使用的公式在《Abaqus理论指南》第2.8节“多孔介质分析”中有详细描述。
热固结能力还可以与应力扩散方程完全耦合地求解传热方程（同时考虑传导和对流效应），从而模拟孔隙压力对孔隙流体和管道中温度场的影响。
土壤，反之亦然。
定义几何形状和材料特性的参数的数值是基于Lewis和Schrefler（2000）对这个问题进行的参数研究中给出的细节。
问题描述问题设置如图1.15.7-1所示。
半径为0.1604m，高度为2.5m的圆柱形热源被埋在半径和高度均等于10m的圆柱形土壤中。
实际上，土壤的圆柱形体积代表了围绕热源的无限介质。
重力被忽略了。
由于边界条件（下面将详细讨论），问题基本上是一维的，唯一的梯度是在径向上。
分析的目的是预测整个土壤质量，特别是热源附近的孔隙压力和温度随时间的变化。
几何和模型利用垂直方向的对称性，仅对问题的一半进行建模。
使用三维和轴对称的温度-孔压力元件均可解决此问题。
为了呈现结果，选择了三维元素类型C3D8RPT。
三维分析和轴对称分析均使用基本三维8节点或轴对称4节点元素以及修饰的四面体元素的不同变体（例如，积分和混合）进行。
FSI-Abaqus-耦合计算-简单说明
• 选择Morphing
• Regions->Region 1->Physical Values>Motion Specification，指定Motion的 类型为“Morphing”
Morpher边界条件
• 对于壁面，Morpher默认的设置为Fixed • 同样的，壁面在平面内的运动也被限制 • 壁面需要设置为“Abaqus Co-Simulation”，才可
FSI交界面
** *Co-Simulation Controls, name=c1, coupling
*Elastic
scheme=GAUSS-SEIDEL, scheme modifier=LEAD,
38.4e6, 0.3
step size=5e-4, time incr=SUBCYCLE
*Density 4096
inp文件中指定了文件输出选择显式求解或者隐式求解本算例选择隐式求解时间推进的顺序由那一边先进行求解决定选择abaqusleads将会更有利于计算的收敛然而流体解析与固体解析选用同样的时间步长对于计算的收敛有利如果选用同样的时间步长选择constant即可与starccm的单位系统相同cosimulation参数设置2设置morpherregionsregion1physicalvaluesmotionspecification指定motion的类型为morphingmorpher边界条件壁面需要设置为abaquscosimulation才可以实现载荷位移的变化regionsboundariesplatefsiphysicalconditions选择morpher将method改为abaquscosimulation修正abaqus输入文件增加以下的文本内容outputrequestsoutputfieldtimeinterval005timemarksyesnodeoutputucfelementoutputcosimulationnameccmsampleprogrammultiphysicscontrolscontrolscosimulationregiontypesurfaceexportassemblysfsiinterfaceucosimulationregiontypesurfaceimportassemblysfsiinterfacecfcosimulationcontrolsnamecontrolscouplingschemeiterativeschememodifierleadstepsize005timeincrsubcycletimemarkyesendstepabaqus输入文件
abaqus FSI流固耦合教程(模板参考)
医疗模板
45
3、流固耦合操作与实例
后处理： 1、管道的压力云图 2、管道转弯处的位移随时间变化 3、流体的速度剖面图 4、显示流线
医疗模板
46
4、流热耦合操作与实例
医疗模板
47
4、流热耦合操作与实例
实例题目：单芯片的电路板流热耦合分析[1] 分析对象：芯片与周围介质 分析平台：ABAQUS 6.12 分析类型：双向流热耦合 分析目标：了解芯片传导换热的状况
医疗模板
28
2 abaqus流固耦合简介
医疗模板
29
2 abaqus流固耦合简介
（4）定义边界和载荷
医疗模板
30
2 abaqus流固耦合简介
医疗模板
31
2 abaqus流固耦合简介
医疗模板
32
2 abaqus流固耦合简介
医疗模板
33
2 abaqus流固耦合简介
医疗模板
34
2 abaqus流固耦合简介
48
4、热流耦合操作与实例
1、建立几何模型 PCB板尺寸 7.8X11.6X0.16 cm 芯片尺寸 3X3X0.7 cm 发热块尺寸 1.8X1.8X0.3cm 核心尺寸 0.75X0.75X0.2cm 空气尺寸 27.8X20X12.56 cm
医疗模板
49
4、热流耦合操作与实例
• 单元类型DC3D8 • 初始温度293K • 体热通量50mW/s/mm3 • 瞬态热传递分析步，初始增量0.01s；CFD分析；总仿真
医疗模板
13
1 abaqus/CFD模块简介
医疗模板
14
1 abaqus/CFD模块简介
1.3 入门实例
技术简介-ABAQUS显式的流固耦合仿真
技术简介-ABAQUS显式的流固耦合仿真ABAQUS Technology BriefTB-04-FSIS-1 Revised: June 2004Fluid-Structure Interaction Simulations with ABAQUS/Explicit Copyright ? 2004 ABAQUS, Inc.SummaryStructures that contain fluid must be analyzed under a variety of load types to determine design effectiveness. In the design of containers and consumer products, typical loading scenarios considered include drop testing, temperature change, pressurization, and stacking. For dynamic loading situations, ABAQUS/Explicit includes a number of advanced features that allow certain types of fluid-structure interaction, including sloshing and inertial loading effects, to be modeled accurately. ABAQUS has been used extensively in the consumer products and packaging industries for these types of analyses.Key ABAQUS Features and BenefitsExplicit dynamic solution method for efficient analysis of transient, highly nonlinear problems. ? Equation of state models for fluid constitutive behavior. ? Automatic adaptive meshing to maintain fluid mesh quality. ? Robust contact algorithm. ? Material and element failure for simulation of container rupture.BackgroundFluid that partially fills a structure may undergo sloshing whenever the containment structure experiences motion. In a sufficiently dynamic event the inertial loading of the fluid on the structure becomes a critical component of the analysis. As a result of the coupling between the fluid and the structure, large deformations may be experienced by both, possibly causingrupture of a closed container or fluid loss from an open container.While not offering full computational fluid dynamics (CFD) capabilities, ABAQUS/Explicit is well suited for analyzing this type of fluid-structure interaction.Two examples of fluid-structure interaction analyses are presented in this technology brief.The first example is a fluid containment simulation. A container consisting of a box with a lid is partially filled with fluid, and the box is given a velocity history. The purpose of the analysis is to determine if the fluid sloshing will cause the lid to lift from the box.The second example is a 3-ft. drop test of a partially filled consumer bottle. The purpose of theanalysis is to assess whether the bottle will rupture.In both problems the effect of the inertial fluidstructure coupling on the structural response is of primary interest.Finite Element Analysis ApproachThe fluid and structure in both problems are meshed as separate bodies, with contact definitions defined at the interfacing surfaces. The general contact algorithm, which allows for very simple definitions of the contact interactions, is employed.Fluid containment analysisThe purpose of this analysis is to assess whether the sloshing of fluid in a partially filled box would lift the lid when a velocity history is applied to the box. Shell elements are used to represent both the box and the lid, and solid hexahedral elements are used for the fluid. The lid and the box are significantly stiffer than the fluid, so these components are modeled as rigid bodies. Figure 1, Figure 2, and Figure 3 show the meshes used for each portion ofthe model.Figure 1: Rigid element mesh for the lid. Figure 2: Solid element mesh for the fluid.The box is constrained to remain on the horizontal plane throughout the analysis; that is, it is not allowed to rotate in space or to lift from the ground. Gravity loads are applied to the lid and to the fluid; and a sinusoidal, time-varying velocity is applied to the box. The velocity history is such that the box moves only in the horizontal plane; no vertical motion has been prescribed.The lid simply sits on the box; therefore, an airtight seal is not assumed at this interface. Consequently, there is no gas pressure in the space above the fluid. If the effect of a gas were to be included in the analysis, the following modeling approaches could be taken:The gas could be modeled with solid elements (using an equation of state material model) and a contact interface between the fluid and the gas.A surface-based hydrostatic fluid cavity could be defined for the gas.A simple surface pressure load could be applied to the free surface of the fluid.Bottle drop analysisThe purpose of this analysis is to determine the integrity of a fluid-filled bottle when dropped from a height of 3 ft. Shell elements are used to represent the bottle, and solid hexahedral elements are used for the fluid. A single rigid element is used to model the floor. The undeformed model is shown in Figure 4.Figure 3: Rigid element mesh for the box.Contact is defined between the lid and the box and betweenthe fluid and the entire container. No attachment has been defined between the lid and the box.ABAQUS has a number of contact algorithms; the general contact capability is the easiest to use and the most comprehensive. An advantage of the general contact algorithm is its ability to include the “edge-to-edge” contact at the top of the box in the contact definition. With edge-toedge contact, geometric feature edges, perimeter edges of shell and solid elements, and segments of beam and truss elements can be included in the contact domain. This feature allows contact interactions that cannot be detected as penetrations of nodes into faces to be enforced.Figure 4: Undeformed bottle, fluid, and rigid floor.Contact is defined between the bottle and the fluid and between the bottle and the floor. Gravity loads are applied to both the fluid and the container. The initial conditions of the bottle are consistent with a drop of 3 ft. The bottle is positioned slightly above the point of contact, and the fluid and the container are given an initial velocity of 168 in/s. The rigid floor is fully constrained.2The elastic-plastic constitutive properties of the bottle are those of high-density polyethylene (HDPE). A failure model is included for the HDPE, based on the tensile hydrostatic pressure stress in the elements. This failure model allows elements to be deleted from the mesh once failure has been detected. The general contact algorithm will automatically eliminate failed elements from the contact domain and update contact surfaces so that the resulting surface lies on elements that have not failed;surface erosion is a key capability in modeling the contact as the fluid sloshes out of a broken container. The base of the bottle is thicker than the walls, making the material in this region slightly more resistant to failure. This region is shown in red in Figure 5.Figure 5: Regions of different thicknesses in the bottle.The effect of any gas pressure in the bottle has been ignored. In this case the size of the enclosed gas cavity is small compared to the fluid, so the effect of the gas has been assumed negligible. The additional features common to both models are discussed below.Equation of state material model In both examples the fluid is considered as incompressible and inviscid. An equation of state material model is typically used for such applications and is chosen here. The equation of state determines the volumetric strength of a hydrodynamic material and specifies the pressure in the material as a function of density and internal energy. With this approach the deviatoric strength of the material is considered separately and can be included if viscous behavior is needed.Section properties of the fluid elements ABAQUS/Explicit offers alternative kinematic formulations for solid hexahedral elements: when appropriate for the analysis, choosing a nondefault formulation can significantly reduce computational expense. For the elementsrepresenting the fluid in the present simulations, an orthogonal formulation is chosen. This formulation provides a good balance between computational speed and accuracy. If the objective of the analyses was to determine the shape of the fluid free surface with the highest possible accuracy, the default kinematic formulation would be appropriate. However, becausethe inertial coupling of the fluid and structure is of primary importance, a less computationally expensive formulation can be used.Automatic adaptive meshing for the fluid Automatic adaptive meshing in ABAQUS/Explicit allows it to maintain high-quality element shapes as the fluid undergoes large deformation during sloshing. While a regular Lagrangian approach could be used to model the fluid, the elements would become very distorted after a short period of time. Adaptive meshing maintains well-shaped elements, allowing for a longer simulation time by periodically adjusting the element shapes in the fluid domain. Initially regular, relatively coarse meshes of hexahedral elements are used for the fluid. A single adaptive mesh domain that incorporates the entire fluid region is defined. In the bottle drop example a graded smoothing objective is used so that the initial mesh gradation of the water is preserved approximately while continuous adaptive meshing is performed. In addition, the default curvature refinement weighting is increased, causing the adaptive meshing algorithm to retain more elements in areas of high concave curvature.Analysis Results and Discussion Some representative results from the analyses are presented.Fluid containment analysis Figure 6–Figure 9 display the deformed shape of the fluid at several points of the analysis.Figure 6: Deformed shape after 0.12 seconds.3No restraint mechanism is applied to the lid; it is simply placed on the box. Since the lid is modeled as rigid, the history of the vertical displacement of the center of the lid (Figure 10)clearly shows that the sloshing induced in the fluid will cause the lid to separate from the box.Figure 7: Deformed shape after 0.375 seconds.Figure 10: History of vertical displacement of the lid center.Bottle drop analysisThe deformation and damage sustained by the bottle are shown in Figure 11–Figure 15.Figure 8: Deformed shape after 0.6 seconds.Figure 11: Deformed shape after 6.3 milliseconds.Figure 9: Deformed shape after 0.877 seconds.The deformed shape plots show the large deformations achieved by the fluid as the box moves. The automatic adaptive meshing capability in ABAQUS/Explicit maintains well shaped elements in the fluid, allowing the fluid to achieve high levels of deformation.Figure 12: Deformed shape after 10.8 milliseconds.4Figure 13: Deformed shape after 12.6 milliseconds.Figure 15: Deformed shape after 18 milliseconds.The deformed shape plots clearly show the buckling response of the bottle on impact and the instant of rupture (the failed elements have been removed from the plots). The tensile failure material model produces an output variable that indicates whether failure has occurred for each element, and the Visualization module in ABAQUS/CAE can remove the failed elements from the display. As the failure propagates, it can be seen that the tear travels down the corner of the bottle and turns along the interface between the thicker base section and the thinner bottle wall.Figure 14: Deformed shape after 14.4 milliseconds.ConclusionsAs demonstrated in the above analyses, ABAQUS/Explicit can be used to incorporate the effects of sloshing-type fluid-structure interaction into dynamic analyses. While it is generally not possible in ABAQUS/Explicit to model complex fluid flow behaviors or phenomena such as freesurface interactions and splashing, inclusion of the inertial loading caused by the fluid deformation allows for a more complete simulation capability.ABAQUS ReferencesFor additional information on the ABAQUS capabilities referred to in this brief, see the following ABAQUS Version 6.4 documentation references:Analysis User’s Manual- “Explicit dynamic analysis,” Section 6.3.3 - “Adaptive meshing,” Section 7.16 - “Equation of state,” Section 10.9.1 Example Problems Manual- “Cask drop with foam impact limiter,” Section 2.1.12 - “Water sloshing in a baffled tank,” Section 2.1.14Benchmarks Manual- “Water sloshing in a pitching tank,” Section 1.11.75。
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 FSI流固耦合教程
资料仅供参考
1 abaqus/CFD模块简介
资料仅供参考
1 abaqus/CFD模块简介
资料仅供参考
1 abaqus/CFD模块简介
资料仅供参考
1 abaqus/CFD模块简介
非稳态分析必须设定初始条件：
压强、速度、温度、湍流数量
需要设定的区域：
进口和出口、壁面、远场及其他抽象区域
资料仅供参考
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
（5）定义输出变量
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
可用求解器（6.10版）
资料仅供参考
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
（4）定义边界和载荷
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
适用范围
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
不适用的范围 震动噪声 利用杆、梁、桁架、线缆建立的模型 喷射成形、铸造、超塑性成形 破裂、渗透分析
资料仅供参考
2 abaqus流固耦合简介
2.2操作流程
资料仅供参考
ABAQUS渗流及流固耦合
Abaqus渗流及流固耦合分析的认识（一）当进行渗流模拟时要注意：1、由于Abaqus中缺乏非耦合的孔压单元，这时可采用耦合单元，但要约束住所有位移的自由度。
2、渗流材料参数选择。
在CAE中都是(Material-creat-other-pore fluid)选项中。
(1)Gel：定义凝胶微粒吸湿膨胀的发育过程，这在一般的岩土分析中应用不多。
(2)Moisture swelling：定义由于吸湿饱和所引起的固体骨架体积膨胀(或负吸力引起的骨架收缩)。
(3)Permeability：定义饱和介质的渗透系数，该渗透系数可以在type 选项中定义为各向同性、正交各向异性和各向异性，并且可以根据Void Ratio 定义为孔隙比的函数。
在Suboptions中选择Saturation Dependent参数来指定与饱和度相关性系数ks(s)，缺省设置为ks＝s3，而非饱和介质渗透系数k’=ksk。
选择Velocity dependence参数可以激活Forchheimer定律，缺省的是Darcy定律。
(4)Pore Fluid Expansion：定义固体颗粒与流体体积热变化效应。
(5)Porous Bulk Moduli：定义固体颗粒与流体体积模量。
(6)Sorption：定义负孔隙压力与饱和度之间的相关性。
当type=Absorption时，定义吸湿曲线，type=Exsorption时定义排水曲线。
3、载荷及边界条件(1)通过(Load-creat-step-fluid-surface pore fluid)选项定义沿着单元表面的外法线方向的渗流速度vn，当考虑降雨影响时可采用此载荷(2)边界条件(Boundary condition-creat-other-pore pressure)选项定义孔压边界条件，此时要先假定浸润面的位置，然后定义浸润面上的孔压为零，Abaqus会在后续的分析计算中自动计算出浸润面的位置。
abaqus与fluent流固耦合
基于MPCCI的流固耦合成功案例基于MPCCI的流固耦合成功案例（一）机翼气动弹性分析1 问题陈述机翼绕流问题是流固耦合中的经典问题。
以前由于缺乏考虑流固耦合的软件，传统的分析方法是将机翼视为刚体，不考虑其弹性变形，通过CFD软件来计算机翼附近的流场。
这个强硬的假设很难准确的描述流场的实际情况。
更无法预测机翼的振动。
MPCCI是基于代码耦合的并行计算接口，它可以同时调用结构和流体的软件来实现流固耦合。
我们通过MPCCI，能很好的预测真实情况下的机翼绕流问题。
采用ABAQUS结构分析软件来求解结构在流畅作用下的变形和应力分布，通过Fluent软件来计算由于固体运动和变形对整个流场的影响。
2 模拟过程分析顺序MpCCI的图形用户界面可以方便的读入结构和流体的输入文件。
后台调用ABAQUS和FLUENT。
在MPCCI耦合面板中选择耦合面，然后选择在相应耦合面上流体和固体需要交换的量。
启动MpCCI进行耦合。
3 边界条件设置图1 无人机模型和流体计算模型结构部分单个机翼跨度在1.5m左右，厚度为0.1m左右。
边界条件为机翼端部的固定，三个方向的位移完全固定，另一端完全自由。
在固体中除了固定端的面外，其他三个面为耦合面。
流体部分采用四面体网格，采用理想气体作为密度模型。
流体的入口和出口以及对称性边界条件如下图所示。
图2 固体有限元模型4 计算方法的选择通过结合ABAQUS和FLUENT，使用MPCCI计算流固耦合。
在本例中，固体在流场作用下产生很大的变形和运动。
在耦合区域，固体结构部分计算耦合面上的节点位移，通过MPCCI传输给FLUENT的耦合界面，FLUENT 计算出耦合区域上的节点力载荷，然后通过MPCCI传给结构软件ABAQUS。
在MPCCI的耦合面板中选择的耦合面如图所示，交换量为：节点位移、相对受力。
采用ABAQUS中的STANDARD算法，时间增量步长为0.1毫秒。
5 计算结论通过MPCCI结合ABAQUS和FLUENT，成功地计算在几何非线性条件下的气动弹性问题，得到了整个流体区域的流场分布以及结构的动态响应历程。
关于abaqus在流固耦合方面的应用
关于ABAQUS 在流固耦合方面的应用摘 要：针对ABAQUS 有限元分析软件中的流固耦合功能，简述了其中理想气体状态方程的各参数含义以及流固耦合的分析要点。
文章通过ABAQUS 仿真分析和理论数值解的对比，证明了ABAQUS 软件计算理想气体状态方程的可信性，最后介绍其在某型号弹上的分析应用。
关键词： 理想气体方程 流固耦合 ABAQUS前言随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理想气体状态方程的功能和应用。
为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状态变化曲线（仿真曲线）；然后通过matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，并在Matlab 上获得数值解（理论曲线）。
将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。
在此基础上，将其用在某型号弹上的流固耦合分析。
1 理想气体方程的参数含义在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：()a z p p R ρθθ∆+=- (1)其中：p ∆：气体压强的增量，初始增量为零，ODB 文件输出的压强a p ：初始的气体压强，标准大气压为51.01310⨯Paρ：气体密度，这里设为31.17/kg mR ：气体常数，这里为287θ：气体温度，初始温度设为20℃，ODB 文件输出的温度z θ：绝对温度的零值，这里为-273℃在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1所示图1 定义系统的绝对零度2 ABAQUS 仿真建立如图2所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。
假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且活塞以一定的速度向前运动。
图2 气体未压缩和压缩后体积的变化在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp文件的关键字实现，经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。
(完整版)[P]ABAQUS流固耦合之--增量步参数设置
![(完整版)[P]ABAQUS流固耦合之--增量步参数设置](https://img.taocdn.com/s3/m/9665a592c5da50e2524d7fc5.png)
1. ABAQUS流固耦合分析步参数设置（1）abaqus流固耦合分析步参数设置-BASICTIME PERIOD为该分析步总时间，例如图中设定为86400s（该单位与建模时设置的系统单位一致，以下时间单位均默认为秒），则认为该分析步在86400s即24h内完成。
（2）EDIT STEP—INCREMENTATION，增量步的设置通常type选择automatic选项，即系统根据计算速度及收敛程度自动调整增量步（fixed为固定增量步，如每一步设置8640，则进行10步，最终总时间为86400，该选项不建议适用，模型复杂时易导致不收敛）Maximum number of increments，默认为100，模型复杂不易收敛时，可将其调大，即最大迭代次数增加（通常设置1000即足够）。
Initial，初始增量步，通常设定为time period的0.1~0.01倍，若模型收敛性较好，则系统将通过automatic功能自动调大增量步，加快计算速度。
Max.pore pressure change per increment，允许每步最大增量，该选项建议调大，例如本模型初始孔压最大值为6e5pa，则该选项可设定大于e5的数量级（设置过小，如e-5，则每步允许增量步太小，反复迭代次数过多易导致不收敛），End step when pore pressure change rate is less than可不设置，即认为其计算至最后终止。
（3）other其他选项非线性模型求解通常勾选unsymmetric。
以下为网络帖子，其所遇到问题正是由于增量步设置导致（尤其最大允许增量步的设置），供参考。
2. 帖1[流固耦合] abaqus流固耦合进行瞬态分析时，设定的UTOL是什么意义？如题，最近模拟的是注水试验过程，在进行瞬态渗流分析时，采用自动时间步长里要设置一个UTOL的值，书中说这个值是增量步中允许的孔压变化最大值，决定了孔压对时间积分的精确度。
流固耦合的方法
[吐血奉献]流固耦合分析成功的条件隐居版主1#大中小发表于 2005-6-18 10:09 只看该作者[吐血奉献]流固耦合分析成功的条件本人近来查看好多CFD分析的论坛，发现好多网友都在为流固耦合而头大，且网上也没有完整的、系统的案例可供参考，目前小弟也在做流固耦合的问题，即为流体输送固体颗粒的过程的模拟，好不容易找到了完整的解决办法，不敢独享，特奉献于此。
1.首先在建模和条件设置方面要按照这样的设置顺序：(1)选取流体单元，（打开keyopt（4）选项）,建立流体模型，注意此处挖去固体所占的空间，然后分区划分流体场网格（好像在ls_dyna里面不要挖去固体所占空间），注意靠近挖去空间的部分网格应该细小些，还有若要采用remesh 在计算中重划网格，一定要使用三角形单元（所有流体场）(2)流体场模型建立完成后，首先要在流固耦合的边界上施加流体耦合标签，然后在在流体场区域施加必要的边界条件，诸如位移约束，速度、压力等等。
然后设置求解流体场的时间步长、求解时间、流体属性,打开ALE选项（瞬态分析）网格重画属性等等(3)这样的工作完成后，进入/prep7，加入固体单元，设置固体材料属性，在挖去的部分建立固体模型，划分固体网格，在固体网格与流体场接触的固体边界上施加流体耦合标签FSI，注意要和前面的number相同。
(4)为固体实际必要的约束条件（看是固体推动流体还是流体推动固体）(5)设置固体求解的时间步长和求解结束时间(6)设置流固耦合属性，（看是固体推动流体还是流体推动固体），求解时间步长和求解时间，收敛准则，迭代次数等等。
(7)保存求解。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－总之，在流固耦合分析中，你最好要按着先流体后固体再耦合的属性设置顺序，流固耦合标签FSI要分别加在流固耦合边界的流体边界上和固体边界上，加在的顺序要按照上面所述。
在实际的建模中，流固耦合的边界上由于建模的原因会出现节点的重合现象，注意一定不要使用捏合节点的命令来将重合的节点变成一个，这个很重要。
- 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)。
2 abaqus流固耦合简介
（4）定义边界和载荷
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
3、流固耦合操作与实例
润滑油简化为不可压缩、均匀介质 质量864Kg/m3 动力粘度4.33cp 比定压热容2063J/(Kg.K) 入口速度1.93m/s
单位mm，圆角R100 实用文档
3、流固耦合操作与实例
后处理： 1、管道的压力云图 2、管道转弯处的位移随时间变化 3、流体的速度剖面图 4、显示流线
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
（5）定义输出变量
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
可用求解器（6.10版）
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
可供耦合的求解器
动力隐式求解器（模型1） 动力显式求解器（模型2） 热传递（模型3） 动力温度位移耦合求解器，不含温度求解（模型4）
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
非稳态分析必须设定初始条件：
压强、速度、温度、湍流数量
需要设定的区域：
进口和出口、壁面、远场及其他抽象区域
2 abaqus流固耦合简介
（2）定义分析步
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
（3）定义预定义场
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
（3）定义预定义场
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
间15s
实用文档
4、热流耦合操作与实例
实用文档
4、热流耦合操作与实例
后处理：
temperature pressure
velocity vector
实用文档
实用文档
3、流固耦合操作与实例
实用文档
3、流固耦合操作与实例
实例题目：管道流体双向耦合的动力学模拟分析[1]
分析对象：管道（固）润滑油（流） 分析平台：ABAQUS 6.12 分析类型：双向流固耦合 分析目标：得到管道位移过大的主要影响因素
参考文献
[1]潘海丽,张亚新.管道流体双向耦合的动力学模拟分析[J].中国石油和化工标准与质量,2013,(6).
实用文档
4、流热耦合操作与实例
实用文档
4、流热耦合操作与实例
实例题目：单芯片的电路板流热耦合分析[1] 分析对象：芯片与周围介质 分析平台：ABAQUS 6.12 分析类型：双向流热耦合 分析目标：了解芯片传导换热的状况
[1]Conjugate heat transfer analysis of a component-mounted electronic circuit board. Abaqus Example Problems Manual 6.1.Abaqus 6.12 Documentation.
ABAQUS/CFD及流固耦合视频教程
制作人：辉墨点睛
实用文档
目录
• 1、abaqus/CFD模块简介 • 2、abaqus流固耦合简介 • 3、流固耦合操作与实例 • 4、流热耦合操作与实例
实用文档
1、abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
1.1 计算流体动力学基础
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
1.2 abaqus/cfd的介绍 采用基于混合有限体积和有限元元的计算方法 只能采用非可压缩流、基于压力的求解器 可选择层流和湍流 从6.10版开始引入 前后处理及求解都可以在软件中完成
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
实用文档
1 abaqus/CFD模块简介
1.3 入门实例
实用文档
2、abaqus流固耦合简介
实用文档Leabharlann 2 abaqus流固耦合简介
2.1 概述 流固耦合即FSI，是指流体的运动会影响固体，而固
体变化又会反过来影响流体运动。
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
适用范围
2 abaqus流固耦合简介
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
不适用的范围 震动噪声 利用杆、梁、桁架、线缆建立的模型 喷射成形、铸造、超塑性成形 破裂、渗透分析
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
2.2操作流程
实用文档
2 abaqus流固耦合简介
（1）定义流体介质属性
实用文档
实用文档
4、热流耦合操作与实例
1、建立几何模型 PCB板尺寸 7.8X11.6X0.16 cm 芯片尺寸 3X3X0.7 cm 发热块尺寸 1.8X1.8X0.3cm 核心尺寸 0.75X0.75X0.2cm 空气尺寸 27.8X20X12.56 cm
实用文档
4、热流耦合操作与实例
• 单元类型DC3D8 • 初始温度293K • 体热通量50mW/s/mm3 • 瞬态热传递分析步，初始增量0.01s；CFD分析；总仿真时