基于LSDYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析
利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例
摘要
Gambit创建模型 FLUENT计算及后处理
Gambit创建模型
• 创建几何模型 • 划分网格 • 指定边界条件
问题描述
Chip Board Fluid
Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
⑤ 指定压力出口条件
⑥ 指定symmetry条件
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择boardsymm,确认Type下为symmetry; 同样对chip-symm, fluid-symm, sym-1, sym-2进行确 认，不需要另外设置。
⑦ 指定模型跟外部氛围的换热条件
5 . 定义边界条件
Define—Boundary Conditions
①
指定流体区域材料类型
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择fluid,然后在Type一侧选择fluid，点击Set按扭, 在弹出的Fluid面板中选择Material Name 为air（实际默认正确）。
红色（chip） : solid
紫色（board）: solid
10。输出网格
1 2
在File Name中自定义名称 然后 Accept
网格成功输出
FLUENT计算及后处理
读入mesh文件 选择物理模型 定义材料属性 指定边界条件 初始化 设置求解器控制 设置收敛监视器 计算 后处理
监测残差曲线
•Residual 各监测曲线都达 到设定的收敛标准。 •Fluent窗口中 显示达到收敛
后处理
1.显示chip附近的温度分布
fluent 流固耦合
fluent 流固耦合介绍在物理学和工程领域中，流固耦合是指涉及流体与固体之间相互作用的问题。
流固耦合分析是一种综合考虑固体机械结构和流体力学行为的方法。
通过对流体和固体之间的相互作用进行建模和分析，可以更准确地预测各种物理过程和现象的发生和演化。
本文将深入探讨流固耦合的相关概念、方法和应用。
流固耦合的基础理论流体力学基础1.流体的性质–流体的连续性假设–流体的黏性与非黏性–流体的压缩性与非压缩性2.流体力学方程–质量守恒方程–动量守恒方程–能量守恒方程3.流体的边界条件–定义速度边界条件–定义压力边界条件–定义温度边界条件固体力学基础1.固体的性质–固体的应力和应变–固体的弹性与塑性–固体的线性与非线性2.固体力学方程–应力-应变关系–力学平衡方程–边界条件的定义3.固体材料的本构关系–线性弹性本构关系–线性塑性本构关系–非线性本构关系流固耦合的数值模拟方法1.有限差分法2.有限元方法3.边界元方法4.网格方法5.颗粒法流固耦合的应用领域汽车工程1.车辆风阻与空气动力学特性2.燃料注射与燃烧过程3.轮胎与路面的相互作用4.车身结构的振动与噪音特性航空航天工程1.飞行器的气动力学性能2.发动机与燃气轮机的热力学分析3.空气动力装置的设计与优化4.相空间推进器的工作原理与优化能源与环境工程1.燃烧过程与排放特性分析2.石油、天然气与水力能源的开发3.太阳能与风能的利用与储存4.水动力与水文模型的建立与分析生物医学工程1.血流动力学与心脏瓣膜病的研究2.器官移植与人工假肢的设计3.细胞生长与组织工程的模拟与优化4.医用材料与医疗器械的性能测试与分析结论通过对流体力学和固体力学的相互作用进行建模和模拟，流固耦合分析能够更准确地预测各种物理过程和现象的发生和演化。
在不同的工程领域中，流固耦合分析都具有重要的应用价值。
通过不断改进和创新流固耦合分析的方法和技术，可以进一步推动工程领域的发展和进步。
流固耦合分析作为一种综合应用的方法，在未来的研究和实践中，将继续发挥重要的作用。
ls-dyna流固耦合命令
ls-dyna流固耦合命令LSDYNA流固耦合命令是指在使用LS-DYNA软件进行流体和固体物理现象的数值模拟中，通过特定的命令实现流体与固体之间的耦合。
在本文中，我们将一步一步回答关于LSDYNA流固耦合命令的问题，深入了解其原理和应用。
第一步：理解LSDYNA流固耦合命令的背景和概念流固耦合是指流体和固体之间相互作用的模拟方法，它模拟了流体对固体施加的压力和阻力以及固体对流体的运动造成的影响。
LSDYNA是一种先进的有限元分析软件，广泛应用于汽车碰撞、爆炸模拟、航空航天和材料科学等领域。
LSDYNA中的流固耦合命令允许工程师研究复杂问题，例如水对车辆的冲击造成的变形、海浪对海上平台的影响等。
第二步：介绍LSDYNA流固耦合命令的基本语法和用法在LSDYNA中，流固耦合问题既有流体（define_fluid）又有固体（define_solid），以及它们之间的边界条件（define_interface）。
流固耦合的基本语法如下：define_fluidflow、density、viscosity、elastic、cooling、surfactant等参数设置以及与流体网格相关的命令。
define_solidsolid、density、elastic等参数设置以及与固体网格相关的命令。
define_interface定义固液之间的接触模型、表面张力等参数。
以上是LSDYNA流固耦合命令的基本语法和用法，根据具体的应用需求，使用者可以根据自己的实际情况进行调整和设置。
第三步：详细阐述LSDYNA流固耦合命令的原理和模拟过程LSDYNA流固耦合命令的原理是根据流体动力学和固体力学的基本方程，将两种物理现象进行耦合计算。
具体的模拟过程包括以下几个主要步骤：1. 网格生成：首先，需要生成流体和固体的网格模型。
流体网格需要满足Navier-Stokes方程的离散形式，而固体网格则需要满足经典有限元的要求。
LS-DYNA动力分析指南 第13章 热分析与热固耦合分析
211第十三章 热分析和热固耦合分析LS-DYNA 除了强大的结构动力分析功能外，还可以进行稳态或瞬态的热分析，和热固耦合分析，可以处理热传导、对流和辐射各种热问题，在焊接、冲压、锻压及碰撞等过程中方便的考虑热问题（如塑性能转化为热能的问题）及热应力问题。
13.1 LS-DYNA 求解热问题所涉及到的关键字求解热问题所涉及到的关键字：：*CONTROL_SOLUTION*CONTROL_THERMAL_SOLVER*CONTROL_THERMAL_TIMESTEP*CONTROL_THERMAL_NONLINEAR*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE_THERMAL*CONTACT_2D_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE_THERMAL*CONTACT_2D_AUTOMATIC_NODE_TO_SURFACE_THERMAL*CONTACT_2D_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_THERMAL*BOUNDARY_CONVECTION_OPTION*BOUNDARY__FLUX_OPTION*BOUNDARY_RADIATION_OPTION*BOUNDARY_TEMPERATURE_OPTION*BOUNDARY_THERMAL_WELD*INITIAL_TEMPERATURE_OPTION*LOAD_HEAT_GENERATION_OPTION*PART*MAT_THERMAL_OPTION13.2 13.2 进行热分析和热固耦合分析的步骤进行热分析和热固耦合分析的步骤进行热分析和热固耦合分析的步骤：：13.2.1 LS 13.2.1 LS--DYNA 激活热分析的关键字激活热分析的关键字*CONTROL_SOLUTION ：212典型的输入为：把热材料与结构材料相连使用的是*PART关键字：其中的参数TMID 就是定义的热材料ID 号，而MID 就是定义的结构材料ID 号，它们的编号可以一样，是不相干的。
dyna流固耦合方案
dyna流固耦合方案
Dyna流固耦合方案是一种数值模拟方法，用于同时考虑流体和固体之间的相互作用。
这种方法可以模拟复杂的流体动力学和结构响应，适用于各种工程领域，如航空航天、船舶、汽车、能源等。
在Dyna流固耦合方案中，流体和固体被视为相互渗透的连续介质，通过求解流体动力学和结构动力学方程来模拟流体的运动和结构的变化。
这些方程通常包括流体动力学方程、结构动力学方程、热传导方程等。
为了实现流固耦合，需要将流体和固体之间的相互作用力传递到各自的边界上，并使用适当的算法将它们耦合在一起。
这通常需要开发特定的程序或软件来实现。
在实现Dyna流固耦合方案时，需要考虑以下关键因素：
1. 流体和固体之间的相互作用力，包括压力、剪切力和温度等。
2. 流体的流动特性和结构的变化，需要考虑流体的非牛顿行为和湍流模型以及结构的弹性和塑性行为等。
3. 流体和固体之间的界面条件，包括界面上的压力、剪切力和温度等。
4. 数值方法的稳定性和精度，需要选择合适的数值方法来求解流固耦合方程，并保证结果的准确性和可靠性。
总之，Dyna流固耦合方案是一种非常有用的数值模拟方法，可以用于模拟
复杂的流体动力学和结构响应，为工程设计提供重要的参考依据。
LS-DYNA 流固耦合
LS-DYNA 流固耦合流固耦合分析相关关键字单元算法定义*SECTION_SOLID*SECTION_SOLID_ALE*INITIAL_VOID_OPTIONS多物质单元定义*ALE_MULTI_MATERIAL_GROUP多物质材料ALE网格控制*ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH流固耦合定义*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLIDALE算法控制*CONTROL_ALE*ALE_SMOOTHING材料本构及状态方程定义*MAT_NULL(空气、水等材料)*MAT_V ACUUM*MAT_OPTION(结构材料)*EOS_OPTION（流体、结构材料的状态方程）爆炸分析相关关键字材料模型*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN（炸药材料）*MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO（推进剂）*MAT_NULL（空气、水等材料）*MAT_OPTION（结构材料）状态方程*EOS_JWL（各种炸药）*EOS_IGNITION_AND_GROWTH_OF_REACTION_IN_HE（推进剂燃烧）*EOS_JWLB（各种炸药）*EOS_SACK_TUESDAY（炸药材料）*EOS_OPTION（结构材料的状态方程）*EOS_LINEAR_POL YNOMIAL（空气）*EOS_GRUNEISEN（水、油等）接触类型（Lagrange方法）*CONTACT_2D_AUTOMA TIC_SURFACE_TO_SURFACE*CONTACT_2D_SLIDING_ONL Y*CONTACT_SLIDING_ONL Y_OPTIONS*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE起爆方式（单点、多点、线起爆）*INITIAL_DETONA TION隔爆、绕爆控制*CONTROL_EXPLOSIVE_SHADOW爆炸载荷*LOAD_BLAST*LOAD_BRODE*LOAD_SSA多物质单元和ALE网格控制定义（多物质材料流固耦合方法）*ALE_MULTI_MATERIAL_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH单元算法定义（多物质材料流固耦合方法）*SECTION_SOLID*SECTION_SOLID_ALE*INITIAL_VOID_OPTIONS流固耦合定义（多物质材料流固耦合方法）*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLIDALE算法控制（多物质材料流固耦合方法）*CONTROL_ALE*ALE_SMOOTHING。
fluent流固耦合案例
fluent流固耦合案例
一个常见的流固耦合案例是风洞实验。
风洞是一个用于模拟飞行器在风场中运动的设备，其中飞行器模型放置在流场中，通过控制风洞内的气流运动来模拟不同飞行状态下的飞行器性能。
在风洞实验中，流体（空气）和固体（飞行器模型）之间存在耦合关系。
流体流动会受到飞行器模型的阻力、升力等力的影响，同时飞行器模型的形状、表面特性也会影响流体的流动状态。
通过调整风洞中的气流速度、飞行器模型的姿态等参数，可以模拟不同飞行状态下的流体流动和飞行器性能，帮助工程师评估飞行器设计的稳定性、升阻比、气动特性等。
在这个案例中，流体和固体之间的流固耦合是通过相互作用来实现的。
流体的速度和压力分布会受到固体表面的细微变化影响，而固体的运动和力学性能则会受到流体的作用力和流动状况的限制。
通过对风洞实验的观测和数据分析，可以获取关于飞行器在不同飞行状态下的气动性能的重要信息，为改进飞行器设计、提高性能和安全性提供参考。
基于LS-DYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析
基于LS-DYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析基于LS-DYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析本文采用ANSYS显示动力分析模块LS-DYNA及流场分析模块FLUENT，对水下的板壳结构运动及其界面的流固耦合现象进行了仿真分析。
流场计算得到的界面压强数据以外载荷的形式施加于结构表面，使其产生位移及变形；同时，结构的变化又进一步影响了流场的分布。
通过往复的双向耦合迭代，得到了板壳结构的动力学响应以及流场的分布情况。
仿真结果与试验结果的对比表明，此方法适用于解决兼有大位移及较大变形特征的流-固耦合问题。
1前言在自然界中，流-固耦合现象广泛存在于航空、航天、汽车、水利、石油、化工、海洋以及生物等领域。
很多实际问题中流体载荷对于结构的影响不可忽略；同时，结构的位移和变形也会对流场的分布产生重要影响。
例如各种水下运动机构都需要考虑这种现象。
板壳是基本的结构单元，研究其与流体相互作用的过程的仿真方法对水下结构的设计具有一定的指导意义。
文献利用ANSYS/LS-DYNA对板壳结构在水下爆炸冲击载荷作用下的动力学响应进行了仿真分析和试验研究，文献对窄流道中柔性单板流致振动引起的流-固耦合问题进行了数值模拟，但以上文献所进行的分析均为板壳结构处于约束状态下的平衡位置附近的振动耦合分析。
利用ANSYS静力学分析模块以及CFX或FLUENT等流体分析模块对有固定约束条件的板壳结构进行流-固耦合分析的实例已经很多，ANSYSWorkbench中也有这方面的耦合实例。
但是对于流体冲击引起结构的大位移以及较大变形的动力学分析目前还不完善，有待进一步的研究。
因此本文应用大型通用有限元分析软件ANSYS13.0中的显示动力分析模块LS-DYNA以及流体分析模块FLUENT，对受流体冲击作用下兼有大位移及较大变形的板壳结构的流-固耦合作用进行了仿真分析。
2有限元分析2.1问题描述本文针对板壳结构受流体冲击载荷作用下的动力学响应进行分析，主要研究板壳结构的运动时间历程、应力分布规律以及对流场分布的影响。
lsdyna流固耦合固体不正常变形
LS-DYNA是一种流体-固体耦合的计算机仿真软件。
在工程实践中，流固耦合固体不正常变形是一个常见的问题，特别是在汽车碰撞、航天航空以及地震工程中。
本文将对LS-DYNA流固耦合中出现的固体不正常变形问题进行探讨和分析。
流固耦合是指流体和固体之间相互作用的物理过程。
LS-DYNA软件利用数值方法模拟这一物理过程，为工程实践提供了可靠的仿真工具。
然而，在实际应用中，由于参数设置、模型建立等因素的影响，时常会出现固体不正常变形的问题，给工程设计和分析带来困扰。
1. 前期模型建立在使用LS-DYNA进行流固耦合仿真之前，首先需要建立合理的模型。
这涉及到对流体和固体的边界条件、材料性质、网格划分等参数的设定。
一些常见的问题包括网格划分不均匀、流体和固体之间的边界条件设置不合理等。
2. 模拟过程中的参数选择在仿真过程中，一些关键的参数选择对于流固耦合固体不正常变形起着至关重要的作用。
时间步长的选择、材料参数的设定等都会直接影响到仿真结果的准确性。
如果这些参数选择不当，很容易导致固体出现不正常的变形。
3. 材料模型的使用LS-DYNA提供了多种材料模型供用户选择，每种模型都有其适用的范围和局限性。
在进行流固耦合仿真时，对于复杂的材料，如橡胶、泡沫塑料等，如何选择合适的材料模型也是一个关键的问题。
如果材料模型选择不当，很容易导致固体的不正常变形。
4. 网格划分及网格质量对于流固耦合仿真，网格的划分和质量对于仿真结果起着至关重要的作用。
不合理的网格划分和低质量的网格都会导致固体不正常变形的问题。
在进行流固耦合仿真时，需要对网格划分和网格质量进行充分的考虑和优化。
在LS-DYNA流固耦合中，固体不正常变形是一个影响仿真结果准确性的重要问题。
为了避免出现固体不正常变形的问题，需要在模型建立、参数选择、材料模型使用、网格划分和网格质量等方面进行全面的考虑和优化。
对于流固耦合中出现的固体不正常变形问题，需要进行详细的分析和调试，以找到问题的根源并加以解决。
fluent流固耦合
fluent流固耦合近年来，由于人们对流体力学和固体力学的不断深入研究，工程和科学应用的研究也在不断的发展。
“流固耦合”的理论出现，使得很多工程领域得到了巨大的发展，“Fluent”固耦合也是其中一个。
Fluent流固耦合是一种考虑流体力学和固体力学的一致计算技术，它将流体运动方面的研究和建模与固体体积变形、热力学及材料性质等因素综合研究起来。
流固耦合技术具有模型精细、计算精度高和速度快的优点，可以模拟出流固耦合系统中的复杂流体流动、固体变形和热过程，同时也涉及到多尺度的计算相关的技术，这使得流固耦合技术很容易用于复杂的实验流体动力学（CFD）仿真研究中。
Fluent流固耦合是一种应用在复杂流体流动体系中的新型技术，它可以模拟出流体动力学、热交换等不同的过程，以及结构行业中的许多复杂物理系统，它可以解决固体力学、流体力学和热传导等问题，并且可以分析和研究复杂的流体流动系统，进而解决传热传质及力学问题。
Fluent流固耦合由四个模块组成，即流固耦合基础模块、流固耦合物理模块、流固耦合控制模块等。
这些模块可以根据不同的应用需求，来设计不同的研究和分析仿真框架。
这些模块提供了一种可靠的计算方法，能够快速精确地模拟流体流动以及与此相关的结构体积变形、热传导、材料性能等问题。
Fluent流固耦合对许多工程领域有很多应用。
比如，在汽车工程领域，可以使用Fluent流固耦合进行燃烧室流体动力学的仿真，以及汽车车身结构变形和热力学的研究；在工程机械领域，可以使用Fluent流固耦合进行能量转换系统、机械运动装置和凸轮盘机构等的动力学仿真；在航空航天领域，可以使用Fluent流固耦合进行飞行器、进气道等的流动研究；在核工程领域，可以使用Fluent流固耦合进行加热堆壳体及冷却系统的研究；在化工工程领域，可以使用Fluent流固耦合进行反应器及反应器结构的研究。
Fluent流固耦合是一种应用广泛的技术，可以为复杂的实验流体动力学（CFD）研究提供有效的解决方案，是目前工程领域研究的重要方式之一。
ls-dyna流固耦合材料参数
一、概述LS-DYNA是一种广泛使用的有限元软件，可用于模拟多种工程问题，如碰撞、爆炸、落体等。
当涉及到流固耦合问题时，材料参数的选择对模拟结果具有重要影响。
本文将重点讨论在LS-DYNA中流固耦合模拟中的材料参数选择。
二、流固耦合模拟概述在LS-DYNA中，流固耦合模拟常用于模拟液体与固体的相互作用。
这种模拟通常涉及到流体的动态行为，比如液体的流动以及固体的变形。
在进行流固耦合模拟时，准确的材料参数选择对于模拟结果至关重要。
三、流固耦合材料参数的选择1. 流体模型参数在LS-DYNA中，通常使用SPH（光滑粒子流体动力学）方法来模拟流体。
对于SPH方法，流体的密度、速度、压力等参数是至关重要的。
一般来说，通过实验测试或者其他模拟手段来获取流体的物理性质，如黏度、密度等，并将其作为流体模型参数输入到模拟中。
2. 固体模型参数对于固体材料，常常需要输入材料的本构关系、材料的力学性质等参数。
常见的固体材料模型包括线性弹性模型、塑性模型、本构模型等。
对于不同的材料，需要根据其材料特性来选择合适的模型和参数。
3. 界面模型参数在流固耦合模拟中，界面模型常常用于描述液体与固体的相互作用。
在LS-DYNA中，常见的界面模型有SPH-to-mesh界面、ALE界面等。
对于不同的应用场景和液固界面的几何形状，需要选择合适的界面模型，并输入相应的参数。
四、流固耦合模拟案例分析为了更好地理解流固耦合模拟中材料参数的选择对模拟结果的影响，本文将通过一个简单的案例进行分析。
假设有一个水撞击钢板的模拟案例，我们将通过调整流体模型参数、固体模型参数以及界面模型参数来观察其对于模拟结果的影响。
5. 结论在LS-DYNA中进行流固耦合模拟时，材料参数的选择是至关重要的。
合理的材料参数选择可以保证模拟结果的准确性和可靠性。
在实际工程应用中，需要对材料参数的选择进行仔细的分析和调试，以保证模拟结果的有效性。
以上就是对于LS-DYNA流固耦合材料参数选择的讨论，希望能为相关工程技术人员提供一些帮助。
lsdyna流固耦合后处理
lsdyna流固耦合后处理什么是lsdyna流固耦合lsdyna是一种常用的多物理场仿真软件，它可以模拟各种物理现象，包括结构力学、热传导、流体动力学等。
lsdyna流固耦合是指在仿真过程中将流体和固体两个领域进行耦合，并在仿真结果中考虑它们之间的相互作用。
lsdyna流固耦合后处理的重要性在进行lsdyna流固耦合仿真之后，需要对仿真结果进行后处理，以获得更深入的分析和评估。
lsdyna流固耦合后处理可以帮助工程师更好地理解仿真结果，并根据需要对设计进行优化和改进。
lsdyna流固耦合后处理的主要内容1. 结果可视化lsdyna流固耦合后处理首先需要对仿真结果进行可视化，以便工程师能够直观地了解结果。
常用的可视化方法包括绘制曲线图、生成动画等。
绘制曲线图通过绘制曲线图，可以观察不同参数随时间变化的趋势。
例如，可以绘制压力随时间变化的曲线，以了解流体在固体结构上施加的压力变化情况。
生成动画通过生成动画，可以观察仿真过程中物体的运动情况。
例如，在流固耦合仿真中，可以生成流体在固体结构上的作用力分布动画，以帮助工程师更好地理解流体与固体之间的相互作用。
2. 力学分析lsdyna流固耦合后处理还需要进行力学分析，以评估仿真结果对设计的影响。
常用的力学分析方法包括应力分析、应变分析等。
应力分析通过应力分析，可以评估固体结构在流体作用下所受到的应力情况。
例如，在汽车碰撞仿真中，可以评估车身受到的冲击力对车身结构产生的应力影响。
应变分析通过应变分析，可以评估固体结构在流体作用下所产生的变形情况。
例如，在风洞测试中，可以评估飞机机翼受到气流作用后所产生的变形情况。
3. 热传导分析lsdyna流固耦合后处理还需要进行热传导分析，以评估仿真结果对热传导的影响。
常用的热传导分析方法包括温度分析、热流分析等。
温度分析通过温度分析，可以评估固体结构在流体作用下所受到的温度变化情况。
例如，在电子设备散热仿真中，可以评估散热器在流体冷却下所达到的最终温度。
基于LS-DYNA及FLUENT的板壳结构流固耦合分析
基于 LS-DYNA 及 FLUENT 的板壳结构流-固耦合分析汪丽军北京航空航天大学，交通科学与工程学院 100191[摘 要]： 本文采用 ANSYS 显示动力分析模块 LS-DYNA 及流场分析模块 FLUENT，对水下的板壳 结构运动及其界面的流-固耦合现象进行了仿真分析。
流场计算得到的界面压强数据以外载荷 的形式施加于结构表面，使其产生位移及变形；同时，结构的变化又进一步影响了流场的分 布。
通过往复的双向耦合迭代，得到了板壳结构的动力学响应以及流场的分布情况。
仿真结 果与试验结果的对比表明，此方法适用于解决兼有大位移及较大变形特征的流-固耦合问题。
[关键词]： 板壳结构 流-固耦合 有限元方法 ANSYSAnalysis of Fluid-Structure Interaction for Plate/Shell Structure Based on LS-DYNA and FLUENTWang Lijun School of Transportation Science & Engineering, Beihang University 100191Abstract: In this paper，the movement of plate under water and the fluid-structure interaction(FSI) is simulated numerically by combining explicit dynamic solver LS-DYNA and computational fluid dynamics solver FLUENT in ANSYS. The pressure obtained from the calculation of flow field are applied as external loads on the surface of the plate, then the structural deformation and displacement can be calculated as well, which will affect the shape and pressure distribution of the flow field reversely. After sequential coupling iterations the dynamic response of the structure and flow field distribution are obtained consequently. By comparing numerical and experimental results it is proved that this proposed coupling method is suitable for solving such a kind of FSI problems considering both large displacement and comparatively large deformation.Keyword: Plate/shell structure, Fluid-Structure Interaction, Finite element method，ANSYS1 前言在自然界中，流-固耦合现象广泛存在于航空、航天、汽车、水利、石油、化工、海洋 以及生物等领域。
Fluent 流固耦合基础教程
图6 面区域 wall_mov_end 1 和 wall_mov_end2 也设置为动网格区域，跟 fluid_dyn 类似，具体的 网格变形由 Fluent 自动处理。这是由于我们的梁是两端铰接的，因此端面上的网格变化不 大。对于其他的情况，比如悬臂梁，这两个面上的点应该跟据梁的运动用 UDF 来控制，不 能交给 Fluent 自动处理。 具体设置参数如图 7 所示。
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图4
图5 流体为不可压缩流体，求解器采用一次隐式瞬态算法。LES 的动网格计算上 Fluent 不支持二
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次格式，这就需要时间步设定要小一些。时间步长和求解器参数的选取也是个复杂的问题， 这里也不展开讨论了。在这个算例中，我们取较大的步长，以加快计算速度。具体参数如下： Time step size: 0.0005 s Solver settings: unsteady / pressure-based / 1st order implicit Viscous model: LES / Smagorinsky-Lilly / no dynamic stress Solution settings: velocity-pressure coupling: SIMPLE Relaxation factor: pressure 0.3 / momentum 0.7 / density 1.0 / body force 1.0 Discretization: pressure standard / momentumn bounded central difference 在不加入流固耦合的情况下，计算结果收敛很好，稳定以后每个时间步上的循环（iteration） 为两步。每个时间步循环终止时的残差为： continuity x-velocity y-velocity z-velocity 4.2946e-04 8.3873e-06 8.1793e-06 1.3922e-04 流体模型解算成功之后就需要考虑动网格和固体变形的问题了。梁表面流体网格节点的运动 需要利用 UDF（User Defined Function）来控制。这将在下面的章节里说明。这里首先设置动 网格的参数。 动网格区域 fluid_dyn 应该被设置为 Deforming，采用的网格控制方法为 Smoothing，但是对 于复杂结构，可能需要 Remeshing。具体选项的含义请参见 Fluent 帮助文档中的用户手册第 11 章（Modeling Flows Using Sliding and Deforming Meshes）。这里只说明大体思路。这个区 域 的 网 格 将 会 随 着 这 个 区 域 的 边 界 （ 梁 表 面 wall_mov_beam ） 变 化 。 我 们 只 要 控 制 wall_mov_beam，则 Fluent 可以自动计算出这个区域内的流体网格的新位置。参数设置如图 6 所示。
ls-dyna中ale流固耦合算法耦合机理
LS-DYNA（Livermore Software Technology Corporation - DYNAmic）是一种显著的显式和隐式非线性有限元程序。
它可以用于解决耦合问题，这是许多现实世界工程应用的关键方面。
其中，ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）流固耦合算法是LS-DYNA的一项重要功能，其耦合机理对于理解和解决实际工程问题至关重要。
为了深入探讨LS-DYNA中ALE流固耦合算法的耦合机理，我们将从以下几个方面进行详细阐述：一、ALE流固耦合算法的基本原理1. ALE流固耦合算法的概念2. ALE方法在LS-DYNA中的实现3. ALE流固耦合算法的耦合机理二、ALE流固耦合算法的适用范围1. ALE流固耦合算法在工程领域中的应用2. ALE流固耦合算法的优势与局限性三、ALE流固耦合算法的发展趋势1. ALE流固耦合算法在科学研究中的前沿应用2. ALE流固耦合算法发展的主要方向通过对以上内容的分析和阐述，我们可以更好地理解和掌握LS-DYNA中ALE流固耦合算法的耦合机理，为实际工程应用和科学研究提供有力支持。
一、ALE流固耦合算法的基本原理1. ALE流固耦合算法的概念ALE流固耦合算法是将Arbitrary Lagrangian-Eulerian方法与流体动力学和固体力学有限元方法相结合的一种耦合算法。
ALE方法允许网格在空间中自由变形，并在一定程度上摆脱了固定在拉格朗日法中的网格划分限制。
这种方法特别适用于处理接触、撞击、断裂等问题。
2. ALE方法在LS-DYNA中的实现在LS-DYNA中，ALE方法通过网格重构和节点移动来实现流体-固体之间的相互作用。
其中，网格重构通过改变节点之间的连接方式实现，而节点移动则是通过求解流体和固体的动态方程得到。
3. ALE流固耦合算法的耦合机理ALE流固耦合算法的耦合机理主要包括流体和固体之间的相互作用以及网格的变形和重构。
dyna流固耦合耦合方式
dyna流固耦合耦合方式在工程领域中，流固耦合(ref)是指流体流动与固体结构相互作用的一种物理现象。
流固耦合分析(ref)是通过数值仿真方法研究流体力学与固体结构相互作用关系的过程，可以用于分析和优化流体流动导致的固体结构变形、应力响应以及流体对固体的力学影响。
在进行流固耦合分析时，需要考虑流体方程和固体方程之间的相互关系，以及求解流场和固场的耦合过程。
一般而言，流固耦合分析可以分为两步：首先使用流体力学方法求解流场，得到流速、压力等参数；然后使用结构力学方法求解固场，得到固体结构的应力、应变等参数。
这两个步骤需要在一定的时间步长内交替迭代(ref)，直到流场和固场的耦合收敛为止。
在流固耦合分析中，常用的数值方法包括有限元法、边界元法、体积法等(ref)。
有限元法是一种广泛应用的方法，适用于流固耦合分析的各个领域。
其基本思想是将流场和固场离散化为多个小单元，在每个小单元内分别求解流体力学方程和固体力学方程，最后通过求解方程组的边界条件来得到整个流场和固场的解。
在流固耦合分析中，需要对流体边界条件和固体边界条件进行定义。
流体边界条件包括流场进口边界条件、出口边界条件、壁面边界条件等；固体边界条件包括固体表面受力和位移条件等。
这些边界条件的定义需要根据实际问题进行合理选择和设置。
在实际工程应用中，流固耦合分析在多个领域有着广泛的应用。
例如，在航空航天工程中，流固耦合分析可以用于研究飞机翼面的气动弹性特性，提高飞机的飞行性能；在汽车工程中，流固耦合分析可以用于研究车辆外流场对车身的压力分布和气动力的影响，优化车辆的外形设计；在水利工程中，流固耦合分析可以用于研究水流对堤坝结构的冲刷和破坏规律，提高水利工程的安全性。
总之，流固耦合分析是一种重要的工程分析方法，可以帮助工程师深入了解流体流动与固体结构的相互作用关系，优化工程设计和提高工程性能。
在实际应用中，需要根据具体问题选择合适的数值方法和边界条件，进行耦合迭代计算，得到准确可靠的结果。
fluent流固耦合
fluent流固耦合以《fluent流固耦合》为标题，本文旨在探讨流固耦合在Fluent 软件中的应用。
随着科学和技术的发展，在计算机模拟流体动力学（CFD）方面有了很大的进步。
Fluent软件是一款用于CFD应用的解算器，它能够准确地模拟流体行为，但是在处理流固耦合时，其精度还是有限的。
流固耦合是指流体中的一些参数发生了变化，这些变化可能会影响固体物质的状态。
举个例子，当流体以高温流动的时候，它能够将热量传递给固体，因此固体的温度也会随着流体的流动而发生变化。
Fluent软件中，可以使用流固耦合来模拟复杂的物理过程。
通常，流固耦合会把流体和固体的物理过程分开进行模拟，但这样做就会使模拟结果不够准确，因为不能精确地反映流体和固体之间的影响。
Fluent软件可以通过一种称为流固耦合的方式，把流体和固体模型完美地结合起来，从而更精确地模拟流体和固体之间的影响。
Fluent的流固耦合的处理方法是将流体和固体的模型耦合在一起。
在处理流固耦合的问题时，首先要建立流体和固体的模型，并确定它们之间的物理关系，最后，利用Fluent软件实现流体和固体的混合模拟。
在这个过程中，可以实时地跟踪物料的运动，用户无需担心数值解算的非守恒定律问题，可以更准确地模拟流体和固体之间的关系。
另外，Fluent软件还可以通过计算流体的温度场和流场，模拟流体和固体的相互作用，得出更准确的结果。
例如，当流体以高温流动的时候，可以利用Fluent软件来计算流体温度场和流场，从而准确地模拟流体和固体之间的热传导过程。
此外，Fluent软件还可以用来模拟多种复杂的物理过程，如流动临界点，湍流共振，气动侧阻力，和热业应用。
例如，流动临界点指的是流体从一种流动态变为另一种流动态的过程，湍流共振是指流体在一定条件下产生的振动，气动侧阻力是指在流体流动时产生的向侧向的力，而热工业应用则指的是利用流体动力学原理进行的热利用。
Fluent软件可以模拟这些复杂的物理过程，从而得出更精确的结果。
双向流固耦合实例Fluent与structure
双向流固耦合实例（Fluent与structure）说明：本例只应用于FLUENT14.0以上版本。
ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling，目前只能用于fluent与ansys mechanical的双向流固耦合计算。
官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。
模块及数据传递方式如下图所示。
一、几何准备流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。
在geometry模块中同时创建流体模型与固体模型。
到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁用处理。
模型中的尺寸：v1:32mm，h2:120mm，h5:60mm，h3:3mm，v4:15mm。
由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。
当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice切割。
这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。
二、流体部分设置1、网格划分双击B3单元格，进入meshing模块进行网格划分。
禁用固体部分几何。
设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。
这里设定全局尺寸为1mm。
划分网格后如下图所示。
2、进行边界命名，以方便在fluent中进行边界条件设置设置左侧面为速度进口velocity inlet，右侧面为自由出流outflow，上侧面为壁面边界wall_top，正对的两侧面为壁面边界wall_side1与wall_side2（这两个边界在动网格设定中为变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为system coupling类型）。
操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单create named selection，然后输入相应的边界名称。
fluent 流固耦合方法
fluent 流固耦合方法Fluent coupling methods are a type of computational method used to simulate the interaction between fluids and solids. These methods are crucial in understanding the behavior of structures under fluid forces, and they have applications in various industries such as aerospace, automotive, and civil engineering. 流体和固体的相互作用对于结构的行为有着重要的影响，流体流固耦合方法可以很好地模拟这种相互作用，因此在航空航天、汽车和土木工程等行业有着广泛的应用。
One of the key challenges in developing fluent coupling methods is ensuring accuracy and computational efficiency. The interaction between fluids and solids is complex, and simulating it requires solving fluid dynamics equations and structural mechanics equations simultaneously. This often involves the use of iterative algorithms and requires careful consideration of the time scales and spatial scales of the problem. 发展流体流固耦合方法的一个关键挑战是确保准确性和计算效率，流体和固体的相互作用本身就很复杂，需要同时求解流体动力学方程和结构力学方程，这经常涉及使用迭代算法，并需要对问题的时间尺度和空间尺度进行仔细的考虑。
ansysls-dyna流固耦合分析总结
ANSYS LS-DYNA流固耦合分析总结涉及的关键字有：1）单元算法的选择*SECTION_SOLID2）多物质单元定义*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE*ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH*SET_MULTI-MATERIAL_GROUP_LIST3）流固耦合定义*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID4）ALE算法选项控制*CONTROL_ALE5）流体材料定义*EOS_IDEAL_GAS*MAT_NULL（1）流固耦合的定义：（2）ALE算法选项控制（3）流体材料的定义材料的变形一般可分为2中类型：一种是变形中体积不变，一种是变形过程中体积发生变化。
因此应力张量可以分为两个部分：应力偏量和压力：对于任何材料，都可以用应力偏量与压力来描述它的应力张量。
在对流体材料处理的过程中，就需要同时使用两种方式来描述材料，用本构模型和状态方程来描述一种材料的特性：用本构模型来描述材料的偏应力，用状态方程EOS描述体积变形与压力间的关系。
3.1）在LS-DYNA中提供空材料模式*MAT_NULL用来描述具有流体行为的材料（如空气、水等）。
在材料模式本身提供本构模型来描述材料的偏应力（粘性应力），然后使用状态方程EOS来提供压力行为应力特性，这样就可同时提供材料整个的应力张量。
MU表示动力黏性系数，单位是Pa*s（压强*时间）3.2）对于每种状态方程，压力都可以表示为比体积与温度的函数方程：对于第一种状态方程：多线性状态方程，表示为：对于理想气体：对于理想气体，一般有初始压力，但在状态方程的参数中没有初始压力的输入项，需要将它转化为初始内能的输入，或者用P0=C0来输入。
初始内能的输入：水的多线性状态方程C1=2.2E6KPaC2=9.54E6KPaC3=1.457E7KPaC4=0.28C5=0.28水的GRUNEISEN状态方程单位: m kg s KMU——表示Dynamic viscosity coefficient u，单位是（Pa*s）C——单位是m/s，S1/S2与GAMAO表示比率，无单位。
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基于 LS-DYNA 及 FLUENT 的板壳结构流-固耦合分析汪丽军 北京航空航天大学，交通科学与工程学院 100191[摘 要]： 本文采用 ANSYS 显示动力分析模块 LS-DYNA 及流场分析模块 FLUENT，对水下的板壳 结构运动及其界面的流-固耦合现象进行了仿真分析。
流场计算得到的界面压强数据以外载荷 的形式施加于结构表面，使其产生位移及变形；同时，结构的变化又进一步影响了流场的分 布。
通过往复的双向耦合迭代，得到了板壳结构的动力学响应以及流场的分布情况。
仿真结 果与试验结果的对比表明，此方法适用于解决兼有大位移及较大变形特征的流-固耦合问题。
[关键词]： 板壳结构 流-固耦合 有限元方法 ANSYSAnalysis of Fluid-Structure Interaction for Plate/Shell Structure Based on LS-DYNA and FLUENTWang Lijun School of Transportation Science & Engineering, Beihang University 100191Abstract: In this paper，the movement of plate under water and the fluid-structure interaction(FSI) is simulated numerically by combining explicit dynamic solver LS-DYNA and computational fluid dynamics solver FLUENT in ANSYS. The pressure obtained from the calculation of flow field are applied as external loads on the surface of the plate, then the structural deformation and displacement can be calculated as well, which will affect the shape and pressure distribution of the flow field reversely. After sequential coupling iterations the dynamic response of the structure and flow field distribution are obtained consequently. By comparing numerical and experimental results it is proved that this proposed coupling method is suitable for solving such a kind of FSI problems considering both large displacement and comparatively large deformation. Keyword: Plate/shell structure, Fluid-Structure Interaction, Finite element method，ANSYS1前言在自然界中，流-固耦合现象广泛存在于航空、航天、汽车、水利、石油、化工、海洋 以及生物等领域。
很多实际问题中流体载荷对于结构的影响不可忽略；同时，结构的位移 和变形也会对流场的分布产生重要影响。
例如各种水下运动机构都需要考虑这种现象。
板壳是基本的结构单元，研究其与流体相互作用的过程的仿真方法对水下结构的设计 具有一定的指导意义。
文献[1,2]利用 ANSYS/LS-DYNA 对板壳结构在水下爆炸冲击载荷作 用下的动力学响应进行了仿真分析和试验研究，文献[3]对窄流道中柔性单板流致振动引起 的流-固耦合问题进行了数值模拟，但以上文献所进行的分析均为板壳结构处于约束状态下 的平衡位置附近的振动耦合分析。
利用 ANSYS 静力学分析模块以及 CFX 或 FLUENT 等流 体分析模块对有固定约束条件的板壳结构进行流-固耦合分析的实例已经很多，ANSYS Workbench 中也有这方面的耦合实例。
但是对于流体冲击引起结构的大位移以及较大变形 的动力学分析目前还不完善，有待进一步的研究。
因此本文应用大型通用有限元分析软件 ANSYS13.0 中的显示动力分析模块 LS-DYNA 以及流体分析模块 FLUENT，对受流体冲击 作用下兼有大位移及较大变形的板壳结构的流-固耦合作用进行了仿真分析。
2有限元分析2.1 问题描述本文针对板壳结构受流体冲击载荷作用下的动力学响应进行分析，主要研究板壳结构 的运动时间历程、应力分布规律以及对流场分布的影响。
用于仿真对照的试验方案如图 1 所示，矩形薄板一端固定于转轴上，并全部浸于水箱 中，同时在正对薄板中心的水箱壁上设有一个高速水流进口，以保证水流在初始时刻可垂 直冲击薄板中心。
此外，在水箱中薄板旋转方向上的特定位置处设置有一个平行于转轴中 心线的刚性挡杆，旨在对因受流体冲击而发生旋转的薄板起到反向阻碍作用，使其出现较 大变形。
测量的薄板的转动角度、板面应力分布等参数可作为仿真对比的依据。
a） 正视图 图 1 流-固耦合分析模型b） 俯视图2.2 计算模型2.2.1 结构模型 结构模型包括四部分：矩形薄板、转轴、轴承以及刚性挡杆。
运用 ANSYS 程序的参 数化建模功能即可快速得到结构模型。
利用复杂的实体切割及布尔运算功能将结构模型全 部采用 sweep 方法进行六面体网格划分，所选用的单元类型为显式 solid164 单元，有限元 网格模型如图 2 所示。
此外，由于要接受来自流体域计算的压强载荷，而压强载荷在体单 元上进行施加很难保证加载的正确性，因此需要在薄板的表面建立一层虚拟的薄壳单元， 此薄壳单元在计算过程中只起到传递压强载荷的作用，不应对薄板结构起到任何的加强作 用，所以就需要保证壳单元的厚度值的数量级远远小于薄板的厚度，以尽可能降低计算过程中壳单元对实际计算模型的影响。
本文所采用的壳单元为显式 shell163 单元，厚度实常 数设置为 1e-6。
矩形薄板与转轴的连接处采用共节点的方式进行处理。
转轴与两个轴承之间建立接触， 接触类型为 Automatic Surface To Surface。
由于在转动过程中薄板将与刚性挡杆发生碰撞， 因此在薄板的表面壳单元与挡杆之间也需建立接触，类型为 Automatic Node To Surface。
该 有限元模型的单元总数为 3434，节点总数为 3763。
薄板与转轴的材料均为钢。
由于不考虑轴承的应力及变形情况，故轴承及刚性挡杆均 采用 LS-DYNA 中特有的刚性材料模型，并约束所有自由度。
由于在 LS-DYNA 中压强载荷只能施加于 part 或 component 上，因此将前述所划分的 耦合界面上的每个壳单元均建立成一个 component，每个壳单元上的压强载荷由该单元四 个节点的压强值求平均得到，而各个结构节点的压强值则根据其坐标对应关系由流体域的 流体节点压强值插值得到。
得到每个单元的平均压强后，分别建立载荷数组，通过 APDL 语言可以方便的进行每个单元的载荷施加。
图 2 结构有限元模型图 3 流体域网格模型2.2.2流体域模型流体域模型采用 FLUENT 专用前处理器 GAMBIT 进行建模。
水箱长和宽均为 900mm， 水箱高为 500mm， 进口管道直径为 90mm， 进口管道长 200mm。
由于流体域模型比较复杂， 模型最小边长与最大边长数量级相差较大，故采用四面体非结构网格进行划分，划分结果 如图 3 所示。
在薄板及水流进口区域附近由于流场变化较大，故网格密度设置较大，在远 离薄板的水箱壁处网格密度设置较小， 划分后的流体域网格总数为 140369。
FLUENT 中 在 流场边界条件设置如下：入口边界为速度入口 v=5m/s，出口边界为压强出口 p=0，水箱壁、 转轴、薄板以及进水管壁均为 wall 边界。
另外，薄板的 wall 边界应单独设置，以便在流体 域计算完成后输出此耦合面上的压强数据，进而以外载的形式施加到结构求解器中。
2.3 耦合方法此流-固耦合问题属于双向耦合问题，故流体与结构之间的信息传递是交互的。
由于 LS-DYNA 与 FLUENT 之间不能直接进行结果数据的交换， 因此需要有中间数据交换步骤。
本文利用自编的数据转换程序分别对各自软件计算的结果数据进行处理，转换成能够被各 自软件读取的数据格式，从而进行耦合迭代。
耦合计算的流程如图 4 所示，由 FLUENT 开 始，首先进行流场初始化并得到初始压强分布，然后将此压强载荷通过数据处理传递到 LS-DYNA，然后进行结构场的第一时间步迭代计算，计算得到的位移数据再通过数据处理 传回 FLUENT，从而完成一个耦合迭代步。
图 4 耦合计算流程3仿真结果分析3.1 薄板运动时间历程分析利用 ANSYS 中的 LS-DYNA 求解器进行结构显式动力学计算。
薄板在水流冲击作用下 围绕转轴旋转，在 ANSYS 时间历程后处理中提取转板质心位移值随时间变化的数据，并 进行相应处理后转换为转动角度以及角速度随时间变化的历程曲线，分别如图 5 和图 6 所 示。
同时试验测得的转角及角速度曲线也在图 5 与图 6 中给出。
图 5 薄板转角时间历程曲线图 6 薄板角速度时间历程曲线通过对比试验与仿真曲线， 可以看出采用本文中流-固耦合计算方法模拟薄板的运动学 响应基本上符合试验结果。
在运动的初始阶段，由于试验水流流速是从零开始上升至稳定 流速值，而仿真的初始流速即设置为稳定流速值，故仿真得出的转角曲线略超前于试验值。
试验的最大转角略低于仿真最大转角，同时试验的碰撞时间点超前于仿真的碰撞时间点。
其共同原因是试验用薄板表面布有测试用的导线，其效果相当于增加了板厚，故其与挡杆 碰撞的时间点提前，转角最大值降低。
从以上两图的仿真曲线可以看出，整个耦合作用过 程持续时间很短，薄板最后趋于稳定的时间约为 72ms 左右。
从图 7 可以看出，在初始受到 流体冲击时，转板角速度迅速提高，这是由于在初始时刻，水流垂直冲击薄板，薄板受到 的法向力最大。
当角速度达到一定值后趋于稳定，薄板所受流体冲击载荷与水域中阻力以 及转轴的摩擦力矩达到平衡。
当 t≈56ms 时，薄板与刚性挡杆碰撞，继而产生一定的回弹， 角速度迅速跌落为负值。