机械系统动力学报告

机械系统动力学报告

题目：利用ANSYS软件进行多物理场耦合动力学分析

随着当今工业对机械设备的要求不断提升，机械系统已经由传统狭义的机械系统发展为包含机械系统本身及液压气压系统、机电系统、热流磁系统为一体的复杂系统。那么如何在产品研发初期进行更为精确的系统动力学模拟，已经关系到产品成本的投入以及生产效率的高低。该报告为大家简单介绍如何利用美国ANSYS公司以及旗下产品进行多物理场耦合动力学分析，以期能让大家从整体上了解该项技术的应用范围及应用前景。

1.CAE发展趋势——系统仿真及多物理场

CAE当前发展充满辩证思想

(1)特点：设计多学科的模拟

流-固耦合热-固耦合电-磁耦合

（2）系统细节特点：多层次模拟

整体模拟局部模拟——接触分析局部模拟——点焊物理场及控制方程

物理场及物理量

几个关键术语

场（filed）:测量物理量力来源

通量（flux）:场强×材料属性连续性

势（potential）:场积分自由度

物理场间传递的物理量或物理现象，构成了耦合的多物理场，示意图如下：

2.ANSYS多物理场耦合技术及方法

ANSYS多物理场开发历史进程：

多物理场强调场与场间耦合方便。ANSYS提供直接耦合与顺序耦合,具体耦合方法如下表所示：

两种耦合方法的优缺点比较：

3.如何在ANSYS中实现多物理场耦合动力学分析

现阶段最方便快捷的方法是在ANSYS Workbench平台下进行耦合仿真

WB平台下实现方式如下：

同一模型

非同一模型

4. 多物理场系统耦合动力学仿真典型应用——流固耦合问题

（1） 流固耦合的概念及意义

（2） 流固耦合的分类

在此导入温度场

（3）单向流固耦合动力学分析实例

单向热传递

One-way 热耦合通常是将CFD计算的与热相关数据传递给结构做热应力分析注：如果只考虑结构的温度分布而不考虑热应力，在CFD内部即可实现

CFD –CHT Thermal Loads Thermal Stress

单向压力传递

CFD传递压力给Mechanical（Workbench下选择pressure自动传递）

CAD Pressure in CFX Deformation in Mechanical

工程分析实例

汽轮机某级静叶片流固耦合算例

流体分析结果——单通道

流体分析结果——全模型压力场

流体分析结果——全模型温度场

流体压力加载到结构的分析仿真结果——压力作用下的应力场分布

热分析仿真结果——结构温度场分布

热应力分析仿真结果——热应力云图分布

（4）双向流固耦合动力学分析实例

橡胶阀的双向流固耦合

耦合结果分析：

高温柔性管双向流固热耦合

柔性管变形及应力云图

流体温度随时间的变化

以上是此次报告的全部内容，谢谢大家