第三方平台软件流固耦合mpcci介绍(中文版)案例
合集下载
相关主题
- 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)。
MpCCI——模拟真实的物理世界
目录wk.baidu.com
• 流固耦合：现状和挑战
• MpCCI软件 • 流固耦合方向的解决方案
Introduction to FSI
• 流固耦合 (FSI) 涵盖了非常广泛的涉及流体流动和结构变形 相互作用的问题
– 这种相互作用可以是热的、机械的，也可以是二者都有的 – 可以是稳态问题，也可以是瞬态问题
• MpCCI： Mesh-based parallel Code Coupling Interface • MpCCI软件是由德国Fraunhofer科学计算法则研究所（ SCAI）开发的面向多学科、多物理场的专业接口软件
– Fraunhofer-SCAI从1996年开始从事MPCCI的研究工作，并成为 这一领域的活跃领导者，推出MPCCI的前身CoCoLib和Grissli， 并且得到了大量的工程验证。
MpCCI －The Standard of FSI
How WIDELY used is Mpcci: Examples
流固耦合在宇航工业的应用
• 弹体及弹翼气动弹性 流体与结构耦合 作用明显
• 高温热防护 热固耦合
Example: : 发动机水套冷却分析
从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真
• 指定各个耦合程序的运 行条件
– – – – – 运行参数 用户自定义程序 并行设置 后台运行？ 。。。
• 在MpCCI统一的图形界 面上运行各程序，开始 耦合计算
– 各程序可以运行在不同 机器，不同平台之上
MpCCI GUI Go panel
How Easy is MpCCI
– 尺寸和位置对应
– 标识耦合面 – 其余的设置完全互相独立
How Easy is MpCCI
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
耦合独立的CFD和FEM模型
• 开发的目的就是为了向工程师们提供他们熟悉的单学科模 拟程序的一个独立接口从而实现流固耦合
以MpCCI为基础的流固耦合方案的架构
MpCCI的工作原理
• 结构和流体方程独 立求解，互相交换 边界条件
• MpCCI自动完成耦 合面上数据的插值 和传递
MpCCI的优势
• 适应性强。对特定的问题，使用“合适”的软件来解决 • 对运行平台，网络环境没有限制 • 支持大部分主流计算软件的直接耦合模拟 • MpCCI提供了API Toolkit，可以方便的与用户自己编写的程序进行耦 合计算 • 各计算软件建模相对独立，数据通过黑箱（MpCCI Server）传递，极 大的减轻了工程师的工作量
– – – – 机翼气动弹性 飞行器和弹体气动弹性分析 压气机和涡轮叶片气动弹性分析 由燃烧引起的推进消融
• 通用设备
– 泵、风机、液力变矩器
• 汽车
– 发动机、排气歧管、冷却水套的热应 力分析 – 设计方程式赛车 – Hydraulic engine mounts, disc brake system, ABS, shock absorbers
流固耦合－－面临的挑战
• 对使用者的挑战
– 对工程师提出了更高的要求
• 对解算器的挑战
– 流固耦合问题类型非常丰富，单一的求解器难以满足要求
• 对硬件资源的挑战
– 流固耦合问题计算量很大 – 流体固体的时间尺度往往相差很大
MpCCI The Standard of FSI
What is MpCCI ？
• 能源/油气
– 油箱晃动 – 管线, risers – 热交换器 (核动力)
• Electronics
– Cooling of electronic components – Manufacturing of integrated circuits
• Rubber
– Flow limiters, seals – Tire hydroplaning
• 许多重要的问题都涉及到某种形式的流固耦合
– 由于缺乏合适的求解技术，这种耦合效应通常都被简单地忽略掉。
• 仅仅模拟单一场往往是不能满足工程需要的，在许多时候模 拟单一场甚至于得出完全错误的结论
The Tacoma Bridge
Tacoma Narrows Bridge, 1940
应用的对象
• 航空航天/国防
MpCCI所支持的仿真代码
MSC.MARC
Code API
FLUX
PERMAS
Research Codes, Inhouse Codes
In preparation: • ESI-ACE+ • STAR-CCM+ • MSC.Nastran
• Numeca
MpCCI －The Standard of FSI How EASY is Mpcci: A Simple Process
• 指定使用的求解器和 模型文件 • 耦合面配对
• 指定互相传输的变量
MpCCI GUI Coupling panel
How Easy is MpCCI
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
How Easy we can use MpCCI
1. 构造和运行独立的ABAQUS和FLUENT模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的ABAQUS和FLUENT 模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
建立 ABAQUS 和FLUENT 模型 • 分别建立流体和固体模 型
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的后处理
流固耦合的后处理
• 使用各个耦合软件的后处 理功能 • 使用第三方的专用后处理 软件 • 使用MpCCI自带的后处理 程序
Interface loads shown with a contour plot (left) and vector plot (right) in ABAQUS/Viewer
目录wk.baidu.com
• 流固耦合：现状和挑战
• MpCCI软件 • 流固耦合方向的解决方案
Introduction to FSI
• 流固耦合 (FSI) 涵盖了非常广泛的涉及流体流动和结构变形 相互作用的问题
– 这种相互作用可以是热的、机械的，也可以是二者都有的 – 可以是稳态问题，也可以是瞬态问题
• MpCCI： Mesh-based parallel Code Coupling Interface • MpCCI软件是由德国Fraunhofer科学计算法则研究所（ SCAI）开发的面向多学科、多物理场的专业接口软件
– Fraunhofer-SCAI从1996年开始从事MPCCI的研究工作，并成为 这一领域的活跃领导者，推出MPCCI的前身CoCoLib和Grissli， 并且得到了大量的工程验证。
MpCCI －The Standard of FSI
How WIDELY used is Mpcci: Examples
流固耦合在宇航工业的应用
• 弹体及弹翼气动弹性 流体与结构耦合 作用明显
• 高温热防护 热固耦合
Example: : 发动机水套冷却分析
从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真
• 指定各个耦合程序的运 行条件
– – – – – 运行参数 用户自定义程序 并行设置 后台运行？ 。。。
• 在MpCCI统一的图形界 面上运行各程序，开始 耦合计算
– 各程序可以运行在不同 机器，不同平台之上
MpCCI GUI Go panel
How Easy is MpCCI
– 尺寸和位置对应
– 标识耦合面 – 其余的设置完全互相独立
How Easy is MpCCI
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
耦合独立的CFD和FEM模型
• 开发的目的就是为了向工程师们提供他们熟悉的单学科模 拟程序的一个独立接口从而实现流固耦合
以MpCCI为基础的流固耦合方案的架构
MpCCI的工作原理
• 结构和流体方程独 立求解，互相交换 边界条件
• MpCCI自动完成耦 合面上数据的插值 和传递
MpCCI的优势
• 适应性强。对特定的问题，使用“合适”的软件来解决 • 对运行平台，网络环境没有限制 • 支持大部分主流计算软件的直接耦合模拟 • MpCCI提供了API Toolkit，可以方便的与用户自己编写的程序进行耦 合计算 • 各计算软件建模相对独立，数据通过黑箱（MpCCI Server）传递，极 大的减轻了工程师的工作量
– – – – 机翼气动弹性 飞行器和弹体气动弹性分析 压气机和涡轮叶片气动弹性分析 由燃烧引起的推进消融
• 通用设备
– 泵、风机、液力变矩器
• 汽车
– 发动机、排气歧管、冷却水套的热应 力分析 – 设计方程式赛车 – Hydraulic engine mounts, disc brake system, ABS, shock absorbers
流固耦合－－面临的挑战
• 对使用者的挑战
– 对工程师提出了更高的要求
• 对解算器的挑战
– 流固耦合问题类型非常丰富，单一的求解器难以满足要求
• 对硬件资源的挑战
– 流固耦合问题计算量很大 – 流体固体的时间尺度往往相差很大
MpCCI The Standard of FSI
What is MpCCI ？
• 能源/油气
– 油箱晃动 – 管线, risers – 热交换器 (核动力)
• Electronics
– Cooling of electronic components – Manufacturing of integrated circuits
• Rubber
– Flow limiters, seals – Tire hydroplaning
• 许多重要的问题都涉及到某种形式的流固耦合
– 由于缺乏合适的求解技术，这种耦合效应通常都被简单地忽略掉。
• 仅仅模拟单一场往往是不能满足工程需要的，在许多时候模 拟单一场甚至于得出完全错误的结论
The Tacoma Bridge
Tacoma Narrows Bridge, 1940
应用的对象
• 航空航天/国防
MpCCI所支持的仿真代码
MSC.MARC
Code API
FLUX
PERMAS
Research Codes, Inhouse Codes
In preparation: • ESI-ACE+ • STAR-CCM+ • MSC.Nastran
• Numeca
MpCCI －The Standard of FSI How EASY is Mpcci: A Simple Process
• 指定使用的求解器和 模型文件 • 耦合面配对
• 指定互相传输的变量
MpCCI GUI Coupling panel
How Easy is MpCCI
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
How Easy we can use MpCCI
1. 构造和运行独立的ABAQUS和FLUENT模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的ABAQUS和FLUENT 模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的考察和后处理
建立 ABAQUS 和FLUENT 模型 • 分别建立流体和固体模 型
1. 构造和运行独立的CFD和FEM模型
2. 使用MPCCI的用户界面耦合独立的CFD和FEM模型 3. 从MPCCI图形用户界面运行耦合仿真 4. 对耦合结果的后处理
流固耦合的后处理
• 使用各个耦合软件的后处 理功能 • 使用第三方的专用后处理 软件 • 使用MpCCI自带的后处理 程序
Interface loads shown with a contour plot (left) and vector plot (right) in ABAQUS/Viewer