弹性血管流固耦合教程与心得

基于Ansys12.0的Workbench血管流固耦合之最详尽小火车之旅
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承蒙―水若无痕‖版主信任，我把我做过的血管流固耦合以小火车的形式发出来，与大家共同讨论学习。

首先概述一下：
1：血管建的比较短，这样单元会少些，调试比较方便，但效果可能没官方视频的好看，但原理步骤没错就行
2：原来流体为自己建的Blood，为可压缩流体，我自己试了下，用Water也可以，所以就简化了建新材料这一步
3：我用的是Ansys12.0版本，我建的模型保存成多种格式，欢迎大家下载做着玩玩
图1 geometry.rar (31.03 KB)
A：首先打开Ansys Workbench 拖出各个模块，连接关系如下图：
实际上可以在Transient Structural的setup上面点右键，transfer data to new simulation FLOW(CFX)同样可以建立新的CFX分析模块，而且不用自己连线，本图
图 2
B：可双击Engineering Data编辑材料，因为进入Ansys结构部分设置时候要用到血管材料，默认是结构钢，太硬了，所以要自己重新设材料，这点很重要！
图3的这个对号加小箭头的状态只调试出来一次，其他的都没弄出来过，索性全部给updata了
图 3
C：单击我画的第一个大圈（左列），右击我画的第二个大圈（左列）——Duplicate，复制一个同种材料。

在复制的材料后面框里有链接，这个链接是链接到材料库的，右键把链接打断，我是这么做的。

如果双击Engineering Data看不到我图中的界面的话，可以在主菜单中——View——Properties以及接下来的两个选项给选上就可以看见了。

改好材料后可以把对新材料重命名，用右键。

然后再主菜单上点击update project，材料就可以在材料设置里用了。

图4D：更改密度，杨氏模量，和泊松比。

重命名。

上一步给出了怎么保存修改结果
图5E：这个是Ansys model部分，这里是不需要用到流体部分的，不需要删掉，只要右键对它Suppress 就可以了。

单击Pipe，可以在下面设置材料
图6也不是必须空缺Analysis Settings，如果这里不给出，到CFX中会提示错误，但是没有任何影响，在CFX里面设置就可以
遵照教程，是在CFX中给出的
图 6
F：对血管加约束，可以把两端完全约束，对称面部分在垂直面内不可运动，也可以所有平面部分都完全约束，这个没关系，都可以计算。

图7G：右键插入流固耦合面，当然就是流体固体接触面了
图8
H：注意还要指定fsi需要求解什么量，我这里给出了要求V on mises和全部变形，也就是在CFX-POST 中可以看到固体的神马结果，否则只能观察流体的输出结果。

然后要保存*.inp文件（如果将structural中的setup cell updata的话，保存inp文件不是必须的），这个就是进行流固耦合的Ansys部分求解文件，保存时如果Tools菜单下保存按钮不可用可以点一下下面的——solution，当然做这个之前保证各部分设好了：
1）只有血管壁模型有效；
2）划分网格，这个网格与流体部分是独立的，没有形状要求；
3）施加约束；
4）定义流固耦合面；
5）设置Ansys求解项；最后保存就好了
图9
I：打开CFX，由于是在Workbench下运行的，所以模型都是直接自动导入的（不包括Ansys结构文件），下图是我设置好的概图
图10
J：Analysis Type的设置，看我在图中画的圈，仔细设置，一般不会有错。

这里要设置为流固耦合瞬态分析，导入之前保存好的Ansys结构输入文件。

如果在前面将structural中的setup updata的话，图11第一个圈这里将会出现ds.dat的文件，是由固体自动传过来的。

如果没有updata的话，这里可以导入之前写好的inp文件。

图11
K：Default Domain设置，注意要选择材料
图12
L：建立一个表达式，我的图里面建了三个，第一个是我建Blood材料用的可压缩材料的密度函数，为了简化，用水也可以，所以大家不用写这个。

只要第二个Pin，这是要用的一个脉冲压强，给血管一个脉冲。

建好后检查函数曲线——M图。

材料属性
Blood
设置Thermodynamic State为Liquid
在Material Properties按钮,设置
– Molar Mass为1 kg mol^-1
– Density为表达式den
–勾上Specific Heat Capacity并设置Specific
Heat Capacity为4200 J kg^1 K^-1
勾上Table Generation并设置
–Minimum Absolute Pressure = 1e4 [Pa]
–Maximum Absolute Pressure = 2e5 [Pa]
–Error Tolerance = 0.01
–Maximum Points = 100
–Pressure Extrapolation = On
勾上Transport Properties并且设置Dynamic
Viscosity为4E-3 kg m^-1 s^-1
Thermal conductivity 0.6069[W m^-1 K^-1]
Buoyancy Properties →Thermal expansivity 0.000257[k^-1] den
1050.0[kg m^-3]+p/36.0[m^2 s^-2]
Pin
1666[Pa]*step((0.01[s]-t)/1[s])*sin(pi*t/0.01[s])
out
areaAve(p)@out 1
图13
M：按下图设置，目的是为了查看压力脉冲信号
图14
N：上一幅图左下角的Plot Expression按钮显示压力脉冲曲线，图N左下角的Define Plot则可以退回上一步重新设置参数
图15
O：设置边界条件，入口设为Opening，参数用表达式，就是之前图L设的Pin，表示入口为压力脉冲
图16
P：出口也设为Opening，出口压力0Pa
图17
Q：对称面的设置Symmetry
图18
R：流固耦合面得设置，这个设置就是用来传递流体与固体的相互作用的
图19
S：初始化赋值
图20
T：求解控制设置，基本不需要改动，对照查看下
图21
U：求解控制设置2，请对照设置耦合控制步数Max. Iterations=3
图22
V：求解输出项控制，这一步很重要，请看准要求解的三个参数，设置错误就得不到想要的结果
图23
W：设置监控，为了查看关心的参数在计算过程中的显示，个人认为不影响计算结果，自己设置。

以上全部设置完毕就可以保存设置计算了，不用另存，Workbench会直接将数据进行传递。

在Workbench 中启动求解，不用多余的设置，直接求解。

求解完后进入下面的后处理部分。

图24
POST-1：后处理部分，在Workbench下直接打开后处理，结果会直接导入，勾选我画的圈，显示血管壁和对称面
图25
POST-2：
1）：显示血管壁和对称面后，分别在对称面和血管壁上右键-Render-Show Mesh Lines 目的是显示网格；2）：分别在对称面上和血管壁上右击，对称面—Colour-Pressure显示压力图；血管壁-Colour-V on mises 显示应力图
图26
POST-3：在空白处右键-Deformation-2*Auto，目的是放大变形，因为实际的变形很小，放大后效果才会很明显
图27
POST-4：查看各个时间步的变形结果，如果你看到对称面与血管壁同步变形的话，恭喜你，你已经完成血管的流固耦合了！
图28
楼主我是新手，我照着你的方法做到最后一步，但不知道怎么在WB中启动求解，一直无法计算，我的截图是正确的吗？
图29
看了一下你的截图，为什么有限元设置部分里-setup后面也打了勾呢？设置好有限元部分就要保存了，不要求解的。

启动耦合求解：在CFX做完设置后在Workbench界面里CFX-pre下面的求解-solution双击，弹出求解窗口，点击run就可以了43# no_feat
你看下42#截图，在最初准备阶段就要把这个框架给建好，然后你建好模型，mesh等都会被自动导入下一步，不会没有模型的，是不是你的框架不对还是在进入cfx之前网格部分没有准备好？要看到cell上面打钩才对！44# wanglifeng9
我又做了好几遍，感觉有以下几点：
1.从开始到导出.inp没有什么问题(中途不要划分单元，不要设定时程，点一下solution，再点tool输出)。

2.我是双击mesh设置cfx的网格的，但网格包括了管壁和水，这样进入cfx-pro也包括管壁和水，我没有学过cfx，这样做不知道对不对？
3.cfx-pro的设置中我发现我的界面与楼主截图不一样，我的边界设置有紊流度选项，可能是版本的问题。

4.求解时报错，程序认为pin函数的单位是s应该为pa，我反复检查1666[pa]*step((0.01[s]-t)/1[s])*sin(pi*t/0.01[s])的单位的确是pa，不知道为什么会出现这种情况？
你的第二副图有问题，建好模型双击mesh，打开划分网格界面，按照CFX-mesh规则划分好网格后，应当mesh后面是打钩的，没打勾的话在你图片的那个界面没打勾的mesh上面右键，选择update就行了；Ansys设置好后不要求解，用tools——save保存，如果保存项不可用，点一下结构树上的solutions就可以了，不要求解，保存项可用时加以保存，记住保存位置！47# wanglifeng9
1：有限元分析必然要划分单元的，这个单元划分与流体的不同，是独立的，不要设定时间，时间由cfx
求解控制，点solutions为了使得tools下保存可用，因为有时候保存按钮不可用，不是为了求解
2：你要先学习下画简单的流体网格，帮助文件里的CFX——mesh部分有教程，你需要练习下，进行流体或固体划分网格时要把不用的部分给禁用
3：层流紊流都可以算，但是个人认为层流比较好算，调试时间短，先做层流，做好了再做紊流
4：前面的问题先解决吧，这个你自己调试下，我也不是很清楚，调试出脉冲信号曲线才行51# no_feat 楼主，我又有问题了，我设置好了提交计算，计算出错，这个错误提示信息，你给看看
图30
每次求解前可以把之前求解的结果删掉，方法：solutions右键选择clear generation Data 就可以了如果这样还是解决不了，就是别的方面你设置错误了，不是通过你给的图片能够判断的62# wanglifeng9。