(完整版)流固耦合教学

1、打开ANSYS Workbench, 拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。

2 2、打开第一个模块当中的Geometry，建立几何模型：（1）在XY Plane内建立Ship Shell船长：0.4、船宽：0.14、型深0.11将第一个Solid重命名为Ship Solid在Concept中选择Surfaces From Faces，选中模型的六个面，然后Apply、Generate。

重命名第二个Ship Solid为Ship Shell右击Ship Solid, 选择Hide Body，显示Ship Shell, 然后对Ship Shell执行同样操作（即隐去）（2）在YZ Plane内建立液舱单击（New Plane），选择YZ plane，，Apply一下将YZ Plane 向X正方（图中为法向，即Z）向偏移0.02mGenerate一下，然后Show body 一下Ship Solid 与Ship Shell可以看到YZ Plane已平移到Body内了再将Ship Solid 与Ship Shell 都Hide，选择Plane 4，调为正视，Generate一下新建一个Sketch：单击，显示，在此Sketch中建立液舱模型草图单击约束（Constrains），将草图中的“水平线”调整为水平，“垂直线”调整为垂直：事实上仅用Horizontal（水平）和Vertical（垂直）就OK了。

以水平约束为例，先单击Horizontal，再依次单击草图中的水平线段。

调整后如下图所示：定义尺寸：左下角空缺的部分是预留贴“应变片”的部分，需要单独建模单击Extrude（拉伸），设置Operation（下拉列表中改选为Add Frozen）与拉伸尺寸（0.1m）：然后Generate一下将第三个Solid重命名为Fluid，拉伸后的效果如下：再新建一个Sketch，显示，在空缺处画一个长方形，然后拉伸0.1m，（其中Operation属性同样选为Add Frozen），Generate一下，同样把第四个Solid重命名为Fluid建立舱壁：在Concept中选择Surfaces From Faces，选中除“应变片”外的其余9个面图中“应变片”显示为未着色，即不选中，然后Generate一下将第五个Fluid重命名为Fluid Shell再Surfaces From Faces一次，选中“应变片”，Apply，Generate，同样将其重命名为Fluid Shell选中Fluid（内流场），将其属性改为Fluid，（Fluent中默认均为Solid）选中“内流场”，右击，选择Form New part，并重命名为Fluid再选中舱壁（Fluid Shell）也组成一个part，并重命名为Fluid Shell到此，液舱（内流场与舱壁）就建完了，然后将二者都执行Hide body（3）在ZX Plane内建外流场选择，调整为正视，旋转坐标系先确定外部尺寸，再确定内部尺寸：外部流场关于坐标轴（横轴）对称，两边各距离横轴0.3m，前后距离纵轴距离分别为：0.3m、3.14m. 内部为船体位置，横向（船宽）为0.14m、纵向（型深）为0.11m拉伸（Extrude）一下，拉伸长度为船长，即0.4m ，其中Operation选择Add Frozen，Generate 一下图中显示外流场把船体的位置给空了出来，将重命名为Out Fluid，同时将属性改为Fluid接下来进行流场切分（Slice）：在Tools中选择Freeze，产生透明效果单击Slice（或者在Create中单击Slice），在Slice Type中选择Slice by surface，点击Target Face，选中船体所在位置（即图中外流场所空出来的位置）内侧某一个面（以左侧面为第一个面为例），Appy一下。

在Slice Targets中选择Selected Bodies，点击一下Bodies，选中外流场，Apply一下，再Generate，此时外流场就被分为两部分。

再分别以船体所在位置内侧（以逆时针）第二、第三、第四个面为Target Face，同样进行切分操作。

最终结果如下所示：外流场被切分成8个体将这8个体组成一个part，并重命名为Out Fluid：将Ship Solid、Ship Shell、Fluid及Fluid Shel l部分同时show body，可以看到整个模型（包括外流场、船体、液舱及内流场）至此，几何模型建立完毕，退出，在project中保存，命名为try-2015.12.073、材料设置点击打开Engineering Data，单击，选择，在表中找到结构钢（Structural），右击，选择Add to B2，单击返回设置Structural Steel 1的材料参数（这里只对Density（密度）和Young’s Modulus（弹性模量）进行设置）：表中找到以下两个参数，并照此设置这代表刚性同样对Structural Steel 2进行设置，密度一样，弹性模量改为2E+10，这表示为弹性（相对Structural Steel 1）单击，回到Project，并保存4、网格划分与加载（1）点击Model，即打开将Ship Solid、Fluid、Out Fluid进行Suppress，点击Ship Shell，进行如下设置点击Fluid Shell，把子项中全部选上，进行如下设置Hide一下Ship Shell，先划液舱的网格右击mesh，在Insert中选sizing，先选中除与“应变片”共边的其他10条边这样，网格单位长度为0.01m再选中剩下的两条边（除去了与“应变片”共部分），每条边撒9个点（由于“应变片”边长也为0.01m）Show 一下Ship Shell，同样对Ship Shell划分网格先对船长方向的四条边划分，等分为36份再同时选中剩下的8条短边，等分为10份右击mesh，在Insert中选Method，在模型框（蓝底）中右击，选Select All，Apply一下右击mesh，左击Generate Mesh，生成网格若需查看液舱的网格，则Hide一下Ship Shell，再单击一下mesh即可（2）约束及时间步长的设置单击Analysis Settings，然后进行如下设置施加重力：单击，选择Standard Earth Gravity施加3个流固耦合：单击，选择Fluid Solid Interface，重复操作3次单击第一个Fluid Solid Interface，选中液舱的6个面（“应变片”处不要选），Apply 单击第二个Fluid Solid Interface，选中“应变片”，ApplyShow一下Ship Shell单击第三个Fluid Solid Interface，选中长边所在的四个面，Apply再选中Ship Shell的全部短边所在的两个面，单击，选择Displacement在Detail of Displacement 中限制Y方向位移为0，其他不作设置（这是因为浪沿着x方向，按理y方向不应该有位移）横摇角的测量：先测出两个点在Z轴方向的位移，其位移差除以船宽，再进行一个反正弦运算即可得到横摇角（弧度值，若需要度数，则还需乘以360再除以2），具体操作方法为：右击Solution，如下选择定义两个：点击第1个Deformation Probe，选中第1个点（图中所示），Apply并在具体属性中设置点击第2个Deformation Probe，选中第2个点（图中为第一个点右侧的点），Apply，同样在具体属性中设置监测模型的应力应变：右击Solution，如下选择再右击Solution，如下选择得到应变与应力监测模块至此，结构模块设置结束，退出Mechanical，右击Model，单击update，对setup执行相同的操作，保存一下，然后退出（3）流体部分的网格划分点击Fluid Flow下的Mesh，进入流体域的网格划分在流体域中不对结构部分设置，故须将结构部分Suppress ，只保留Fluid和Out Fluid先划分内流场（Fluid）的网格，故将外流场（Out Fluid）Hide一下划分网格的具体步骤不再赘述，看图即可接着然后Show一下Out Fluid，同时Hide一下Fluid从左往右划分Then这部分网格我们定义的是由密到疏，但是划出来后发现有个别边的渐变与定义恰恰相反，这个问题可以通过Detail of Edge Sizing下的Reverse Bias来解决，点一下Reverse Bias右边的选项框，然后同时选中变化相反的几条边，Apply一下即可（以后遇到类似的问题即可用此功能解决，这个功能在15.0及以上的版本中都有）Then这部分是最上面的Then这部分是最下面的Then这部分是中间的（要求船舶运动具有较好的精度，需加密网格）Then这部分是外流场宽度方向的网格，划分的时候可将坐标系旋转至合适位置Show一下Fluid右击Mesh，在Insert中选择Mapped Face Meshing，在模型所在蓝色区域右击，选择Select All，Apply一下；在工具栏中单击Generate Mesh（或在Mesh中找到Generate Mesh）注：生成网格后可能会发现网格仍然不整齐或者部分区域变形严重等现象，我在初次做这个例子的时候也遇到这个问题，经检查发现，网格本身划分没错误，规整六面体网格类型的设置也是对的，但若将所有的Behavior选项选为soft的话就会出现这种情况，当改选为hard 时，重新生成一次网格就正常了。

（4）流体域边界定义在上一项的基础上，将Out Fluid 隐去，在Fluid中进行如下操作空出“应变片”在蓝色区域右击，选择Create Named Selection，命名为FSI1（对应于结构模块中的Fluid Solid Surface1）用同样的方法定义“应变片”为FSI2Show一下Out Fluid，为便于查看，可以点一下mesh，再点一下选中与船相邻的4个面用上述同样的方法命名其为FSI3用同样的方法将Out Fluid顶部的面选中，并命名为Out将Out Fluid首部（面）选中，并命名为moving wall （推板）将Out Fluid底部的面及尾部（面）选中，并命名为wall分别将Out Fluid前面及背面选中，分别命名为sym1和sym2（意思是对称面或镜像面）至此，流体域的网格划分及设置结束，退出，回到Project，update一下mesh，保存，退出Project将已保存好的try-2015.12.07文件夹复制，将副本的尾缀“副本”改为fuben，后续设置及计算在副本中进行5、Fluent中的流场参数设置及初始化在副本中打开Fluent，即点击Fluid Flow模块下的setup，如下图，选择Parallel（并行计算）然后点击OK，进入Fluent （按四核配置进行设置，如果是单核的话，选择Serial即可）这部分设置相对容易，由于没有李辰师兄的UDF，就不作赘述了，详细设置过程参照李辰师兄讲解此例的视频（从第45分43秒至第1小时04分54秒）设置完后退出并保存6、流固耦合设置（System Coupling）点击System Coupling模块下的，进入流固耦合设置，设置过程很简单：第一个需要设置流固耦合迭代时间步长，须跟Mechanical和Fluent中保持一致，为减少计算时间，迭代次数选择默认（减少迭代次数，计算精度也会下降）；第二个需要设置的是建立流固耦合联点，保证数据传递的双向性。