ADINA流固耦合建模方法

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ADINA流固耦合建模方法

ADINA流固耦合建模方法ADINA流固耦合建模方法是一种综合考虑流体和固体相互作用的建模方法。

它结合了计算流体力学（CFD）和有限元力学（FEM），能够模拟和分析各种流体与固体相互作用的现象，如流体对结构的冲击、振动和与固体结构的热传导等。

1.定义流体区域：首先，需要在模型中定义流体的几何形状和流体域。

可以使用ADINA提供的几何建模工具或者导入已有的CAD文件来创建流体区域。

2.定义流体边界条件：在流体区域中定义流体的边界条件，如流体的入口速度、出口压力、壁面摩擦等。

可以通过给定边界条件来模拟各种流体流动情况。

3.网格划分：将流体区域划分为离散的网格单元，以便进行数值计算。

ADINA提供了自动划分网格的工具，也可以手动调整网格单元的大小和形状。

4.定义固体区域：在流体区域中定义固体的几何形状和固体域。

可以使用ADINA提供的几何建模工具或者导入已有的CAD文件来创建固体区域。

5.定义固体的边界条件：在固体区域中定义固体的边界条件，如固体的材料属性、固体的初始应力等。

根据具体问题，可以指定不同的边界条件。

6.载荷施加：在固体区域中施加外部载荷，如重力载荷、声压载荷等。

这些载荷将影响固体结构和流体流动的耦合过程。

7.运行求解器：通过ADINA的求解器对流固耦合建模进行求解。

求解器将同时考虑流体流动和固体结构的相互作用，求解固体受力平衡、流体流动动量方程等。

8.分析结果：根据求解结果，可以分析固体结构的变形、应力分布，以及流体流动的速度、压力等。

ADINA提供了丰富的结果分析工具，如绘制流线、应力云图等。

ADINA流固耦合建模方法能够模拟和分析多种流固耦合问题，如流体力学冲击载荷下的结构响应、流体流动对结构振动的影响、流体流动中的温度变化等。

它在航空航天、汽车工程、水利工程等领域具有广泛的应用。

通过ADINA流固耦合建模方法，可以提前发现和解决流固耦合问题，优化设计方案，提高产品的可靠性和性能。

流体流固耦合分析手册

5
第一章计算流体力学概述
（3）
能量守恒方程。能量守恒属于经典的热力学定律。流体微团单位质量的能量（由化学反应即总能 E 包括内能 e 与动能 V ⋅ V 。合力所做的功、热传导、等引起的）生成热都引起总能的变化。
1 2
1.3.1 预备知识流体速度 u = (u1 , u2 , u3 ) ，u1 , u2 , u3 分别表示 x,y,z 方向上的速度分量。 ρ 是密度， p 是压强， T 是热力学温度。若有过点 x = ( x1, x2 , x3 ) 的面积微元 dS ，单位法向量为 n 。在 [t , t + dt ] 内沿 n 方向流过 dS 的流体体积为 u ⋅ ndSdt 在 [t , t + dt ] 内沿 n 方向流过 dS 的流体质量为 ρ u ⋅ ndSdt 在 [t , t + dt ] 内沿 n 方向流过 dS 的流体动量为 ρ u(u ⋅ n)dSdt =
下面用一个简单的例子来说明牛顿流体和非牛顿流体的差别。ADINA 的操作步骤参见第二部分。
2
第一章计算流体力学概述
例 1 分别考虑两个平行板间的牛顿流体和非牛顿流体，如下图所示，给出流体速度大小为 10m/s。
v
先考虑牛顿流体流体参数为常参数模型，密度为 1 kg / m ，粘度为 0.04 N ⋅ s / m 2 。
流体流固耦合分析手册
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第一章计算流体力学概述
第一章计算流体力学概述
1.1 计算流体力学概述
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称 CFD）是以计算机作为模拟手段，运用一定的计算技术寻求流体力学各种复杂问题的离散化数值解的计算方法。计算流体力学可以看作是对基本守恒方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下的流动过程进行数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内的各个位置上的基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）分布，以及这些物理量随时间的变化情况。计算流体力学、理论流体力学、实验流体力学是流体力学研究工作的三种主要手段。理论分析具有普遍性，各种影响因素清晰可见、为实验和计算研究提供依据。对于非线性情况，只有少数问题能给出解析解。实验研究仍是研究工作的基石，数值研究的许多方面都密切依赖于实验研究提供数据；计算结果需由实验验证；观察实验现象分析实验数据以建立计算模型等等。数值模拟是特殊意义下的实验，也称数值实验，它比起实验研究，经济效益极为显著。三种手段既互相独立又相辅相成。近年来，由于实际工程设计对于流体计算提出越来越高的要求，计算流体力学在明显地突破传统的单纯流体的观念，各种涉及到复杂物理现象的流体问题求解方法是计算流体力学发展的主要趋势，这些复杂现象是涉及热传递、多物质流动、相变、流固耦合体系求解、变边界（变流动区域）、湍流模拟等等。从工程角度看，流体力学研究的起因通常是基于对各种工程结构的设计需要，例如分析飞机机翼在气流作用下随机摆动问题的目的，是要求流场计算结果要对机翼的非稳态振动、强度特性提出明确的力学设计指标。因此可以说，对于相当多的流体计算问题，实际上我们需要知道的是一个耦合力学系统的响应特性－流固耦合体系特性，尽管这是一个更为复杂的计算体系。流固耦合（Fluid-Structure Interaction，简称 FSI）计算方法的开发和应用是目前工程计算流体力学发展的重点领域，也是计算流体力学指导工程设计的直接途径。计算流体力学的发展和计算机硬件求解能力、工程设计需求高速增长密切相关，可以肯定地说计算流体力学在未来的研究领域和工程领域，都会越来越走向实用化，越来越发挥不可或缺的作用。

基于ADINA的混流式水轮机流固耦合分析

合界面，建立了混流式水轮机数值模型。通过ＡＩＡ软件平台，采用流固耦合模块，实现了转轮叶片与内部流场耦ＤＮ合的模拟，得到了转轮结构的应力应变、流场的压力、流速和ｋｓ分布。－关键词：ＲＧ湍流：流固耦合：混流式水轮机ＡＮ
（ｃｏｌｆｎｒｎｎｉｎｎ，ｉｕｎｖｒｔＣｅｇｕＳｈａ１０９ＳｈｏｏｅｇａｄＥｖｒｍｅｔＸｈａＵｉｅｓｙｈｎｄｉｕｎ６０３）Ｅｙｏｉ，ｃ
Ａｂｓｒｔｔａｃ：ＴｈｅｍａｔｅａｉａｄｌｏｈＦａｉｕｒｉｅｗａｖｌｐｅｂｕｉｇｃｎｉｕｉｙｑｕｔｏｈｍｔｃｌｍｏｅｆｔｅｒｎｃｓｔｂｎｓｄｅｅｏｄｙｓｎｏｔｎｔｅａｉｎ，ｍｏｎｕｅａｉｎ，ｍｅｔｍｑｕｔｏ
ＲｅｎｌｓｓｒｓｑａｉｎｎＮＧｕｂｌｎｅ一ｄｌａｈｏｅｎｎｑａｉｎ．ａｄｔｅｆｕｄｓｕｔｒｎｅａｔｎｙｏｄｔｅｓｅｕｔｓａｄＲＡｏｔｒｕｅｃｓｍｏｅｓｔｅｇｖｒｉｇｅｕｔｏｓｎｈｌｉ —ｔｃｕｅｉｔｒｃｉｒｏｍｅｈｄｔｔｃｈｉｔｒｃｉｎｓｒｃ．ＢｓｄｎｔｅｔｏｏｒｅｔｅｎｅａｔｕｆｅａｅｏｈＡＤＩｓｆａｅｐａｆｒａｏａＮＡｏｔｒｌｔｍ，ｔｅｆｗｆｌｏｒｎｉｕｂｎｓｗｏｈｏｅｄｆＦａｃｓｔｒｉｅｗａｌｉ

基于ADINA的梭式止回阀流固耦合性能分析及优化

（ｅａｏａｒｆｅｔｇＴｃｎｌｙｆｎｆｃｒｇＰｏｅｓｎｓｄｃｔｎＳｈｏｏａｕａｔｒｇＫｙｂｒｔｏｓｎｅｈｏｏｒＬｏｙＴｉｇｏＭａｕａｔｉｒｃｓＭｉｉｒｏＥｕａｉ，ｃｏｌｆｎｆｃｕｎｕｎｔｆｙｏＭｉＳｉｃｎｎｉｅｒｇＳｕｈｅｔｎｖｒｉｆｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＭｉｙｎ２００ＣｉａｃｅｅａｄＥｇｎｅｎ，ｏｔｓＵｉｓｙｏｉｃｎｅｈｏｇ，ａａｇ６１１，ｈｎ）ｎｉｗｅｔＳｅｏｎ
，１ｅ＾ ● 、．ｔ § ． § 、ｔ一 ● 、＂ § １喜．、．， — ｔ１ｅ斤喜＼｜量 — ＂、毫ｅ斤 ’ 、、 — 一、｜重十０ ” ＂、．～
ｌ【要】摘梭式止回阀作为管道非能动技术的关键组成部分，可以在无人力或外加动力驱动下自动实ｉ现管道系统的安全保障作用，可以有效地降低输流管道中意外事故的发生。围绕大口径梭式止回阀的流固；耦合性能数值分析展开，ＤＮ以ＡＩＡ软件为平台，建立梭式止回阀的流固耦合有限元模型，对管道流场进行ｌ动态分析，出了给数值模拟计算数据。根据分析结果，对梭式止回阀的结构设计提出了优化方案，使梭式止》回阀在管道流体中的运动流场更趋于平稳，从而有利于提高梭式止回阀的使用寿命及安全性。；关键词：梭式止回阀；ＤＮ；ＡＩＡ流固耦合；输流管道
ＯｆＡＤＩＮＡ－ｂｓｄｓｕｔｐｈｃａｖａｅｈｔｅｔｅｃｅｋｖｌｅｌｙ

流-固耦合的数学模型

流-固耦合的数学模型
流固耦合是指流体和固体之间相互作用的现象，它涉及了流体
动力学和固体力学两个领域。

建立流固耦合的数学模型可以帮助我
们更好地理解和预测这种复杂的相互作用。

在数学上，建立流固耦合的模型可以采用多种方法。

首先，我
们可以使用偏微分方程描述流体的运动，如Navier-Stokes方程，
同时使用弹性力学方程描述固体的变形。

然后，通过适当的边界条
件和相互作用条件，将这两个方程耦合在一起。

这种耦合可以通过
将流体和固体的速度、压力、位移等物理量在流固界面上进行匹配
来实现。

另一种建立流固耦合模型的方法是使用有限元法或有限体积法。

这些方法可以将流体和固体的运动方程离散化，然后通过相互作用
界面将它们耦合在一起。

这种方法在工程实践中得到了广泛的应用，因为它可以处理复杂的流固耦合问题，并且可以考虑到材料的非线性、大变形和接触等现象。

除了数值模拟方法，还有一些解析方法可以用于建立流固耦合
的数学模型，如边界元法和格林函数法。

这些方法在特定情况下可
以给出精确的解，但通常适用于简单的流固耦合问题。

总之，建立流固耦合的数学模型涉及到流体力学和固体力学的基本方程，以及适当的边界条件和相互作用条件。

通过合理地耦合这些方程和条件，我们可以得到描述流固耦合行为的数学模型，从而更好地理解和预测流体和固体之间复杂的相互作用。

基于ADINA的隔膜流固耦合分析研究

生产产量。
【参考文献】
［］１曹世海．加热炉燃烧控制系统的几项改进措施叨．自动化，０，）８５．冶金２２（： — ００４４［］２张晶涛，钱晓龙，王伟，张莉，天佑．柴步进式加热炉燃烧控制的新方法嗍．制控与决策．０．１（．２１．３０５６）［］３张元福加热炉空，比自寻优模糊控制器研究［．燃Ｊ山东冶金，０，）】２０５．０（
压力低时。保护步进梁，为煤气也能紧急切断。煤气切断后自动进行氮
在实际操作中，当出现下列情况之一时，为了保证人员和设备在炉温控制系统里，考虑到控制功能的连续性，由于烘炉时温度气吹扫。较低，升温时间短，常规的温度控制不稳定，反应慢，在该项目里增加的安全，燃烧控制自动切断或者自动锁定或继续。另外，一个在操作台了程序升温功能．通过设定升温的方式、升温的温度、温的时间来进上会启动语音报警及声光报警升行程序升温控制，通过程序来自动调节各区域的煤气流量，通过温度切断条件：检测来进行调整。控制功能如图３所示，中，Ｉ：其ＴＣ炉温控制器，ＦＣＧＩ：（）１系统跳电。煤气流量控制器。ＦＣ空气流量控制器。ＡＩ：（）２动力气源压力低。（）３燃烧空气压力低。温眉（）４煤气压力低。Ｔ２（）５冷却水压力低。（）６操作急停。其他报警信号：／ ’ ／如果在操作中出现以下报警信号．以下的控制如燃烧控制、２Ｎ压挂傩戕杰，动１库彳；动＇年韵自陧自力控制、压控制、炉换热器人Ｅ废气温度控制将继续，ｌ报警只在ＣＴＲｒ啬ｉｆ责ＭＭＡ上显示。ＦＴ冉膏ｒ－ＭＡｆ）２压力低１Ｎ青ＭＣ（）２燃烧空气温度高。（）３空气换热器上游温度高。（）４冷却水温度高。缝ｏＯ干确ｖＦＶ打选择程序升温（）内温度高。５炉选择ＦＣ启动Ｉ（）６煤气换热器下游的燃烧空气温度高。图３程序升温的控制ｐｏｒｍｍｉｅｔｇｃｎｒｌｒｇａｎｈａｉｏｔｇｎｏ３结束语．２其它控制及安全连锁．４通过对炉温的多种控制方式的应用．提高了系统的响应速度．使２４１区域空气及煤气流量控制．．钢坯保温时间缩短．使氧化烧损由原来的１％降低燃烧控制是建立在煤气和空气的流量控制上的．两个流量控制炉内温度控制均匀，．在一定程度上提高了轧前水除鳞效果．８避免了轧件的打滑现是靠从区域温度控制的输出来执行的。煤气和空气的流速是通过双到Ｏ％．象，减少了废钢的几率，了生产的顺行，保证提高了产品成材率和型钢交叉限幅燃烧模式来维持空气，煤气比例值在一个特定的范围．即使

流体力学中的多尺度流固耦合模拟与建模

流体力学中的多尺度流固耦合模拟与建模流体力学是研究流体运动规律的学科，而多尺度流固耦合模拟与建模是在流体力学中应用的一种方法。

它可以分析和预测不同尺度下流体与固体的相互作用以及其对整个系统行为的影响。

本文将介绍多尺度流固耦合模拟与建模的基本概念、应用范围以及相关研究进展。

一、基本概念多尺度流固耦合模拟与建模是指将不同尺度的物理过程和现象统一起来，通过数值模拟和数学建模的方法进行分析。

在流体力学中，多尺度流固耦合模拟与建模主要关注流体与固体的相互作用，通过考虑流体流动和固体结构之间的相互关系，研究其共同影响下的流体力学行为。

二、应用范围多尺度流固耦合模拟与建模在许多领域都有广泛的应用。

在航空航天工程中，多尺度模拟可以用于研究飞机在不同高度和速度下的气动特性，优化机翼设计以提高飞行性能。

在生物医学工程领域，多尺度模拟可以用于研究血液在微血管中的流动行为，评估药物的输送效果，以及研发人工心脏等器官。

三、研究进展近年来，多尺度流固耦合模拟与建模技术得到了长足的发展。

一方面，随着计算机处理能力的不断提高，模拟模型可以涵盖更大的尺度范围，更加精确地描述流体和固体的行为。

另一方面，研究人员提出了许多创新的算法和数学模型，用于解决多尺度流固耦合问题。

在数值模拟方面，一种常用的方法是将整个模拟过程分为多个尺度的子问题，并使用不同的算法和模型进行求解。

例如，在微观尺度上，可以使用分子动力学方法模拟流体和固体颗粒之间的相互作用；而在宏观尺度上，可以使用有限元法或者有限体积法模拟流体和固体的整体行为。

在数学建模方面，研究人员致力于发展能够准确描述不同尺度物理过程的方程和模型。

例如，针对微观尺度的问题，人们引入了基于粒子的模型，如格子玻尔兹曼方法，用于模拟流体的微观行为；而对于宏观尺度的问题，可以使用流体连续介质力学方程，如纳维-斯托克斯方程，描述流体的宏观流动行为。

总结起来，多尺度流固耦合模拟与建模在流体力学领域具有重要的应用前景。

ADINA流固耦合实例

实例3 隧道内具有柔性结构的流固耦合分析问题：隧道内具有柔性结构的流固耦合如图3-1所示。

图3-1 流体-固体结构示意图一、目的1. 掌握流固耦合作用FSI在Adina-AUI中的操作过程。

2. 掌握用伸缩比例因子画流固耦合模型。

3. 定义引导点(leader-follower points)。

二、定义模型主控数据1. 定义标题：选Control→Heading→敲入标题“exe03: Fluid flow over a flexible structure in a channel, ADINA input”→and click OK。

2. FSI分析：在右边Analysis Type区选FSI按钮。

3. 主控自由度选Control→Degrees of Freedom→不选X-Translation, X-Rotation, Y-Rotation andZ-Rotation按钮→and click OK。

4. 分析假设：大位移，小应变。

选Control→Analysis Assumptions→Kinematics→设置“Displacements/Rotations”为Large→ click OK。

(注：非常薄的结构，因此为小应变)。

三、力学模型1. 柔性结构建立模型1). 柔性结构几何模型坐标点如表3-1，几何结构如图3-2所示。

其几何面见表3-2所示。

①选Define Points 图标→按表3-1输入几何点坐标→ click OK .②选Define Surfaces 图标→设置TYPE 为Vertex → click OK(如图3-2所示)。

2). 施加固定边界条件和流-固边界条件①.图3-2中，在L2线上施加固定约束，其过程可用Adina-AUI 完成。

②. 流-固边界，选Model →Boundary Conditions →FSIBoundary →add FSI boundary number 1→在表中头两行敲入流固边界线编号1和 3 and click OK 。

adina热-流-固耦合建模过程

基于adina热-流-固耦合建模过程热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。

有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。

由于研究对象的不同，热流固耦合模型的形式存在差异，建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难，文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上，通过一个例子，介绍了用adina建立模型的过程。

1三场耦合理论模式介绍在三场耦合尤其是三场耦合机制的研究过程中，人们根据各自对三场耦合的认识提出了不同的三场耦合作用模式。

1995年前有关三场耦合作用模式的研究在场与场之间的联系关系上主要是以速度等变量为桥梁，如HART、Jing提出的作用模式，其中Jing主要描述的核储存库三场耦合模式，后来作用模式发展为主体为物理现象，它们之间的相互联系是以场作用或物理作用为桥梁的，如Guvanasen、柴军瑞的作用模式，前者同样以核废料储库库围岩三场耦合作用研究为主，后者为一般模式。

Jing等描述了核废料贮库围岩裂隙岩体中的热-液-力耦合过程，如图1所示。

H art等提出了如图2所示的三场耦合作用模式。

柴军瑞从岩体渗流-应力-温度三者两两之间的相互关系出发，建立了如图3的作用模式。

图中：口渗透水流对岩体固相的力学作用，一般应用有效应力原理来反映;a’为应力引起裂隙岩体空隙率和渗透特性变化，目前有经验关系式(如Lours负指数关系式)和理论关系式(包括各种概化情况下和各种概化模型下的理论关系式)两大类表示方法;b为温度引起热应变(力)及与温度有关的岩体固相力学特性变化;b’为岩体固相力学变形引起热力学特性变化及岩体固相内部热耗散;c为水流的热对流及与岩体固相的热交换;c’为温度势梯度引起水份运动及与温度有关的水特性变化。

图1裂隙岩体中的热液力耦合过程(据Jing等。

1995年)图2三场耦合模式(Hart)图3渗流-应力-温度之间的相互关系图2热流固耦合理论的提出三场耦合理论是由流-固两场耦合理论发展而来的，在流-固耦合理论中，有的假设温度场是恒定的，或者是不考虑温度场的变化与流体流动、岩石变形间的耦合作用。

ADINA压力容器多场耦合技术

第一部分 ADINA多场耦合求解功能介绍在很多实际工程问题中，我们需要知道的是流固耦合力学系统的整体响应特性，而不是单纯流体或者固体的响应特性，尽管系统响应特性与后者都具有相关性。

相对单一物理场求解，流固耦合面对一个更为复杂的计算体系，不仅需要求解固体问题和流体问题，还要求解固体和流体的相互作用，甚至热量在流体、固体之间进行传递的三场耦合。

ADINA-FSI 是全球领先的流固耦合求解器。

由于ADINA的结构求解器（ADINA-Sturctures）和流体求解器（ADINA-CFD）都是在同一内核基础上开发的，ADINA-FSI很容易将ADINA-Sturctures 和ADINA-CFD的功能完全地融合在一起，实现流体－固体耦合的高级分析。

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，固体的变形或运动又反过来影响流体，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。

流固耦合问题可由其耦合方程定义，这组方程的定义域同时有流体域和固体域。

而未知变量含有描述流体现象的变量和含有描述固体现象的变量，一般而言具有以下两点特征：1）流体域与固体域均不可单独求解；2）无法显式地削去描述流体运动的独立变量及描述固体变形的独立变量一般的，我们概括ADINA流固耦合的特点如下：∙FCBI及FCBI-C单元提供了最大的稳定性，且适用于从低雷诺数到高雷诺数的各种问题。

∙ FSI分析可以用于各种流体，包括不可压流、轻微可压流、低速可压流和高速可压流。

另外，所有的流体材料模型包括非牛顿流体，湍流模型、相变模型和VOF法都可以用在FSI分析中。

∙ ADINA允许流体模型和结构模型使用任意的网格。

而且，流体和结构的网格在流固耦合界面上不必完全匹配。

∙热和多孔介质的耦合可以用在流体和结构模型之间。

∙所有的结构单元类型、接触算法和结构材料模型（如弹性、粘弹性、超弹、塑性、徐变或蠕变、复合材料、记忆合金、垫片材料等）都可以用于FSI求解。

ADINA-FFSI专题培训内容_Part2

III类流固耦合问题模拟－管道中运动的物体III类流固耦合问题模拟－管道中运动的物体实现流固耦合求解相关技术管道流固耦合－参数化动网格Sliding Interface管道中的阀片开关过程的流固耦合模拟about 0.3), etc.as in a fluid-structure interaction problem or in problems where boundary displacements are prescribed, the fluid cannot be treated as fully incompressible.low-speed compressible flows are those pertaining to enclosures boundaries are deformable.environment.Choosing the computational流固耦合建模方法domain？原则：绝不能包含无关紧要的模型细节；•用正确的边界条件（或其它手段）补偿截断的流场空间；例如没有包括模拟障碍物后面的回流区，需要延长下游流场空间；如果不能包括足够大的流场空间，则需要采用瞬态方式进行求解；•当结构小到不能影响主要流场特性时，尽量抹除。

as well as to be able to accomplish the solution.Potential Fluid RegionCFD fluid Region周期变化压力边界Potential－CFD耦合界面基于势流理论的流固耦合瞬态压力场分布基于势流理论的流固耦合对比算例：不指定为Infinite边界条件时（壁面自动假设为Rigid wall 反射界面）压力波；周期压力边界基床－Rigid Wall水浮体结构10米水面－free surface水面FSI边界基于势流理论的流固耦合浮体结构中心点的高度方向位移变化曲线无限远柱面波边界无限远平面波边界基于势流理论的流固耦合浮体结构中心点的高度方向位移变化曲线,呈现简单周期性。

流固耦合模型

流固耦合模型流固耦合模型是一种重要的数值模拟方法，它能够有效地模拟流体和固体之间的相互作用。

在许多工程领域，如航空、汽车、船舶、建筑等，都需要进行流固耦合模拟，以评估设计的性能和可靠性。

本文将介绍流固耦合模型的基本原理、应用领域和发展趋势。

一、基本原理流固耦合模型是基于流体力学和固体力学的数值模拟方法，它将流体和固体的运动方程耦合在一起，构建一个综合的数值模型。

在流固耦合模型中，流体和固体之间存在几种相互作用方式，包括：1. 流体对固体的作用力：当流体流动时，会对固体表面产生压力和剪切力，这些力会影响固体的运动状态。

2. 固体对流体的作用力：当固体移动时，会对流体产生阻力和扰动，这些作用力会影响流体的运动状态。

3. 流体和固体的热传递：在流体和固体之间存在热传递，如果不考虑这种作用，会导致模拟结果的偏差。

基于上述相互作用方式，流固耦合模型可以分为两种类型：欧拉-拉格朗日方法和拉格朗日-欧拉方法。

欧拉-拉格朗日方法是以流体为欧拉网格，以固体为拉格朗日网格，通过网格之间的相互作用来模拟流体和固体的相互作用。

拉格朗日-欧拉方法则是以固体为拉格朗日网格，以流体为欧拉网格，通过将固体作为运动物体来模拟流体和固体的相互作用。

二、应用领域流固耦合模型的应用领域非常广泛，包括航空、汽车、船舶、建筑、医疗、能源等诸多领域。

下面将以航空和汽车领域为例，介绍流固耦合模型的应用情况。

1. 航空领域在航空领域，流固耦合模型被广泛应用于飞行器的气动力学和结构力学分析。

例如，研究飞机在高速飞行时的气动弹性特性，评估飞机的结构强度和疲劳寿命等。

此外，流固耦合模型还可以用于分析飞机的燃油系统、液压系统、电气系统等。

2. 汽车领域在汽车领域，流固耦合模型被广泛应用于车辆的空气动力学和车身结构分析。

例如，研究车辆在高速行驶时的气动力学特性，优化车身结构以提高车辆的安全性和燃油经济性。

此外，流固耦合模型还可以用于分析车辆的悬挂系统、制动系统、动力系统等。

基于ADINA的多孔介质流固耦合分析

基于ADINA的多孔介质流固耦合分析朱庆杰;任瑞;贾海波;徐伟彬;张涛【摘要】基于流固耦合的研究理论,根据多孔介质(过滤板)中流体与结构之间的耦合关系,以有限元分析软件ADINA为平台,建立多孔介质(过滤板)的三维有限元模型,计算得到多孔介质(过滤板)在流固耦合作用下应力分布及变形情况.计算结果表明流固耦合作用对多孔介质(过滤板)变形破坏有重要的影响.针对计算结果,为过滤板的设计提出几点建议.【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(027)001【总页数】5页(P81-85)【关键词】多孔介质;流固耦合;有限元;ADINA【作者】朱庆杰;任瑞;贾海波;徐伟彬;张涛【作者单位】常州大学石油工程学院,江苏常州213016;常州大学石油工程学院,江苏常州213016;常州大学石油工程学院,江苏常州213016;常州大学石油工程学院,江苏常州213016;常州大学石油工程学院,江苏常州213016【正文语种】中文【中图分类】TE992.2多孔介质流固耦合作用存在于诸多工程问题中，如水利水电工程的渗流与控制、水库诱发地震、核废料深埋处理、煤与瓦斯突出、岩坡和坝基的稳定性、热能开发、地下水资源的利用等领域[1]。

在油田污水处理中的精细过滤装置中，由于过滤介质一般选用多孔介质材料，所以在含油污水处理过程中也会出现多孔介质流固耦合作用。

如精细过滤过程中的微孔过滤[2]，其过滤原理是在压力的推动下，料浆穿过过滤介质，并依靠这种过滤介质的拦截作用实现过滤。

其中，过滤介质多采用金属丝网烧结的微孔过滤材料,也可称之为多孔介质(过滤板)。

含油污水通过过滤介质(过滤板)必然会存在流固耦合作用，而流固耦合作用会影响过滤介质(过滤板)的使用寿命。

因此有必要采用有限元分析方法对过滤介质(过滤板)的工作过程进行数值模拟，研究过滤介质(过滤板)工作时的受力及变形情况。

国外学者已将有限元数值模拟方法应用到工程分析和设计中[3]。

高级结构非线性及流固耦合计算系统ADINA

有限元方法（１ｉｅ１ｍｎＭｔｏＦｎｔＥｅｅｔｅｈｄ），最早是由中国工业近十年的高速发展和对有限元软件的功能需求引起美国加州大学伯克利分校（１ｅｓｔ０ａ１ｏｎ，Ｕｖ１ｆＣ］ｆｒ１ｎｍｙａ用。在现在，有限元技术不仅在商业上有广阔的发展空间，在理论和技术上也有更大发展。有限元方法概念的提出，引出了美国加州大学伯克利分校有限元技术研究小组最为辉煌的十年历程。在这十年里，第一个得到开发并公开发布的自动计算系统，称之为ＳＰ（ｔｕｔｒｎｌｓｓＰｏｒｍ）。ＡＳｒｃｕｅＡａｙｉｒｇａ
ＡＤＡ为当今最为可靠的结构非线性、流固耦合计算系种复合材料失效准则）Ｉ成Ｎ。
Ｄｎｍｃｎｒｍｎａｏｌｎａｎｌｓｓ首字母缩写。ｙａｉｓＩｃｅｅｔｌｎｉｅｒＡａｙｉ的Ｎ
ＡＩＵ——前后处理模块包括：基于Ｐｒｓｌｄａａｏｉ建模内核、
这基本表达了软件开发者的根本目标，ＰＡＤＡ了求解线Ｐｒｓ１ｄ．Ｉ除ＰＮａａｏ１几何接口、有限元Ｎｓｒｎａｔａ文件接口、ＩＥ通用几ＧＳ性问题外，还要具备分析非线性问题的强大功能——求解结何传输、Ｓ通用几何传输、点集数据读入、自动网格划ＴＬ构以及涉及结构场外的多场耦合问题。结构非线性和多场耦分、加载和边界条件、模型列表、结果列表、等值线显示、合的求解，是ＡＩＡＤＮ开发一贯坚持的目标，也是ＡＩＡＤＮ软件广向量显示、流场粒子流显示、动画生成、输出格式（ｍ、ＢＰ大用户推崇的特点之一。Ｊｅ等）ｐｇ、用户白定义图标、在线帮助文档、宏语言以及二Ｓｒｃｕｅｔｕｔｒ—— 结构分析模块，包括结构线性（力、静１８年以前，ＡＩＡ９６Ｄ软件的源代码是公开的，这主要次开发资源库。Ｎ包括两个著名版本，ＲＡＩＡ８版和ＡＩＡ４。当时，ＰＤＮ１ＤＮ８版

油箱流固耦合模态分析

做了油箱一个流固耦合模态分析的例子，共享给大家。

汽车油箱流固耦合模态分析实际的油箱几何结构很复杂，这是他提供的一个简化的模型。

几何参数：油箱容积42L，油液装载体积：21L;油箱材料参数：密度0.934g\cm3 ，弹性模量1100MP ，泊松比0.4 ，厚度5mm，边界条件为底部四边全约束。

油液参数：密度680kg/m3，体积模量1.3E9N/m2。

1. 启动ADINA，选择，2.点击，选择红色部分，设置箱体材料参数点击OK。

然后点击红色部分设置势流体油液，设置如下：点击OK。

关闭材料设置选项卡。

3.点击，如下设置4.点击，设置如下5.点击，进行如下设置面：6.点击设置拉伸体：7.显示如下8.通过面6继续拉伸体9.显示如下10.划分网格，进行如下操作点击OK。

11.点击，如下设置点击OK。

12.点击，如下设置连续两次点击OK。

13.设置然后进行如下设置：14.设置自由面15.加重力g。

点击红色define设置：最后设置16.保存ms.idb。

然后另存一个名为mm.idb。

17.静力计算，打开ms.idb，点击，求解ms。

18.17步求解结束后，关闭，然后打开mm.idb。

进行如下设置。

19.选择，点击，进行如下设置：分析前100阶模态，选用Determinant-search法求解流固耦合模态：20.重启动设置。

21.点击，输入mm，点击保存，提示选择重启动文件，选择ms.res，点击copy，程序求解。

22后处理第一阶第二阶第四阶第五阶第六阶MODENUMBER FREQUENCY1 8.16987E-012 1.49813E+003 1.49813E+004 1.78437E+005 2.12175E+006 2.12289E+007 2.24613E+008 2.24613E+009 2.52886E+0010 2.60776E+0011 2.60776E+0012 2.67783E+00第一步静力计算的放大云图。

ADINA 流固耦合FSI

ADINA 和流固耦合（FSI ）ADINA 独具的流固耦合求解功能可以在单一系统ADINA 中模拟流体和因大变形、非弹性、接触及温度而经历明显的非线性响应的结构之间完全耦合的物理现象。

一个完全耦合的流固耦合模型意味着结构的变形影响流体区域，反过来流体的作用力也会施加到结构上。

从流体的角度看，Navier-Stokes 流体可以是不可压的，轻微可压的，低速和高速可压的。

从结构的角度看，各种结构单元类型都可以参与FSI 过程（即壳单元，2D 和3D 结构单元，梁单元，等参梁单元，接触面等），支持各种材料模型、支持各种非线性物理过程如材料失效、单元生死、结构失稳、相变等等。

此外，ADINA 还提供了针对流体是势流理论的完全耦合的流固耦合模型。

但由于势流体计算理论相对简单，不是本文主要讨论的内容。

ADINA FSI 是如何工作的？ADINA 在一个单一系统中组合了结构和流体动力学方程，获得这个系统的统一方程组，并对其进行求解。

对流体模型可以选择基于节点的FCBI （Flow-Condition-Based Interpolation）算法和基于单元的FCBI-C 算法进行单元的定义。

• FCBI 单元算法：基于速度自由度的FCBI 算法是用来提供稳定性的。

有限元方程可以通过Newton-Raphson 迭代计算一致的Jacobian 矩阵来进行求解。

因此流固耦合系统中能建立一致的刚度阵可以解决极为复杂的非线性问题。

• FCBI-C 单元算法：所有的解变量定义在单元的中心，速度和压力间的耦合是迭代地处理的。

因此在使用FCBI-C 单元算法的FSI 分析中，结构模型和流体模型之间的耦合也是迭代地处理的。

这种算法可以用来解决很大计算规模的实际问题。

这些算法可以适用于从低雷诺数到高雷诺数的各种流体。

一旦计算区域的任何一部分发生变形，对流体的Eulerian 描述就不再可用了。

因此，ADINA 求解流体的控制方程使用Arbitrary-Lagrangian-Eulerian(ALE)表示。

流固耦合仿真技术

流固耦合仿真技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊这个超厉害的流固耦合仿真技术呀！你说这流固耦合仿真技术啊，就像是一个神奇的魔法师，能把流体和固体之间那些复杂又奇妙的关系给变出来。

咱平常生活里也有好多类似的情况呢，就好比说，你想想看，风吹过树叶，树叶会晃动，这风就是流体，树叶就是固体呀，它们之间相互影响，多有意思！流固耦合仿真技术能帮我们解决好多实际问题呢。

比如说在航空航天领域，飞机在天上飞，那空气对飞机的影响可大了去了。

通过这个技术，就能更好地了解飞机的结构在空气作用下会怎么变化，这不是超级实用嘛！再想想汽车制造，车在路上跑，风阻啥的都得考虑进去呀。

流固耦合仿真技术就能让工程师们清楚地知道怎么设计车子才能让它跑得又稳又快。

这就好像给车子穿上了最合适的衣服，让它能在道路上尽情驰骋。

在水利工程里也少不了它呀！水和堤坝、水闸这些固体结构的相互作用，不搞清楚怎么行呢？要是没搞清楚，万一出点啥问题，那可不是闹着玩的！流固耦合仿真技术可不是随随便便就能掌握的哦！它需要很多专业知识和经验呢。

就像学骑自行车，一开始可能摇摇晃晃，但只要多练习，就能掌握平衡，骑得稳稳当当。

搞这个技术也是一样，得下功夫，得不断尝试和探索。

做流固耦合仿真可不能马虎，要像绣花一样精细。

数据得准确，模型得合理，每一个步骤都得认真对待。

不然得出的结果可能就不靠谱啦，那可就白忙活一场咯！而且呀，这个技术还在不断发展和进步呢。

就好像我们人一样，要不断学习新知识，才能变得更厉害呀！以后说不定它能帮我们解决更多更难的问题，让我们的生活变得更加美好。

所以啊，朋友们，可别小瞧了这流固耦合仿真技术。

它虽然有点复杂，但真的很有用呢！咱可得好好研究研究它，让它为我们的生活添彩呀！这不就是科技的魅力所在嘛！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

ADINA流固耦合建模方法

ADINA流固耦合建模方法尽量采用几何模型做为最初的模型信息输入，而不是单元和网格；•所有的载荷、边界条件、初始条件施加在几何模型上，而不是节点或单元上面；将流固耦合等边界条件定义在单元上的工作量要远大于几何元素的情况；•结构模型和流体模型分布建立；结构模型可以包括ADINA Structure模块提供的所有特性；流体模型包括ADINA-Fluid所有特性；ADINA提供了各种流体专用网格生成方法；将结构模型和流体模型分别以dat文件的形式写出；同时将两个dat问题提交给ADINA-FSI求解器进行求解；•后处理中可以同时或者分开查看结果；原则：绝不能包含无关紧要的模型细节；•用正确的边界条件（或其它手段）补偿截断的流场空间；例如没有包括模拟障碍物后面的回流区，需要延长下游流场空间；如果不能包括足够大的流场空间，则需要采用瞬态方式进行求解；•当结构小到不能影响主要流场特性时，尽量抹除。

一个模型存在错误的原因可能非常多，此时将无法判断从什么方面进行模型的修正。

从节省时间的角度，应该按照下面的进行模型测试过程：1. 用的你经验或者试验现象分析模型，确定2D/3D?有无可简化部分？可压缩性？技术难点或者无法把握的问题？数值稳定性、存储空间、CPU占用时间的估计；2. 如可能，用简化模型先测试。

例如采用3D模型前先采用2D模型计算；3. 采用粗网格并使用能使模型快速求解的材料数据和载荷（例如，高粘度值，低速度，低压力，放松收敛精度等）。

此测试是确认模型具有合理性。

一旦模型出现问题，可以很快查出原因；4. 如果出现错误，可以查看*.out and *.log文件中的信息；5. 采用细网格通常更容易收敛；也有可能出现截断误差带来的影响，这样可以通过增大迭代次数、减小载荷增量、使用CFL数获得收敛。

5. 在进行流固耦合计算前，首先分别测试结构模型和流场计算模型；结构模型测试－在FSI边界施加相当于流体作用的压力；流体模型测试－将流固耦合边界定义为Wall或者移动的Wall；6. 当结构和流场模型能够正常求解，采用FSI进行求解；a）瞬态分析采用合理的初始条件；如果第一步不收敛，关注初始条件可能的影响；b）有预应力结构，控制预应力施加在FSI耦合之前；（第一步不施加流体载荷）c）先做大步长稳态计算，之后重启动瞬态计算；d）定义合理的时间步长。

TG导入到adina进行流固耦合分析

TG导入到ADINA进行流固耦合分析的基本步骤
Wry618
第一步：在tg中定义nastran的输出格式
第二步：建立相应的模型
在建立模型过程中，在建立体后，对自己想要建立约束、施加载荷或定义流固耦合面的地方需要定义相应的面。

由于经常定义的的约束、施加载荷的面或定义流固耦合的面不止一个，需要在tg中灵活应用mate、mti命令流。

建立完模型之后，输入命令流
merge
write
默认的文件名为truegrdo，将其拷贝到adina的工作文件目录下，这样便于查找(可以重命名)。

第三步：模型导入到ADINA
在ADINA file中import NASTRAN，导入truegrdo，
在导入时应注意，在creat boundary cells(BCELL)from shell element下选择replace。

第四步：在adina中定义约束和流固耦合界面
在adina模型树中就可以看见定义的shell和实体单元，此时的壳就是在tg中定义的面。

然后在mesh的nodeset或elmentset中定义相应的节点集或单元面集。

在method中选择from element group，在element group中选择相应的单元组，这样就能够完成节点集、单元集和单元面集的定义。

最后在施加相应的载荷，约束或流固耦合面，就可以得到
Tg入门相对较难，界面操作不是很方便，但是六面体网格划分能力确实令人佩服，在cnshijun兄的指导和单单的合作下，完成了tg到ADINA的转化的真正入门，谢谢他们。

希望大家以后多多交流，共同进步。