ANSYS流固耦合模态分析计算策略

模态分析的单元

在使用ANSYS计算结构在水中的模态时，FIUID29、FIUID30单元分别用来模拟二维和三维流体部分，相应的结构模型则利用PLANE42、SOIID45等单元来构造，其中，PLANE42和SOLID45单元用来构造二维和三维结构模型。采用三维模型，流体选用FIUID30单元，结构则采用SOLID45单元。

FLUID30是流体声单元，用于模拟流体介质及流固耦合问题。该单元有8个节点，每个节点上有4个自由度，分别是X、Y、Z 3个方向的位移自由度和1个压力自由度，为各向同性材料。输入材料属性时，需要输入流体的材料密度(作为DENS输入)，及流体声速(作为S0NC输入)，流体粘性产生的损耗效应忽略不计。

SOIID45单元用于构造三维实体结构。单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着X、Y、Z方向平移的自由度。

在利用ANSYS建模分析时，流场域单元属性分为2种，由KEYOPT(2)(指定流体和结构分界处结构是否存在)控制，在流固耦合交界面上的单元KEYOPT(2)=0，表示分界面处有结构，其他流体单元KEYOPT(2)=1，表示分界面处无结构。流体一结构分界面应通过面载荷标志出来，指定FSI label(不需数值)可以把分界面处的结构运动和流体压力耦合起来，分界面标志必须在分界面处的流体单元标出。

模态分析的步骤

1)建立流体单元的实体模型。建立流体模型，首先需要确定流体域的范围，针对这个问题，假定固体结构周围只有有限范围的流体，数值实验表明，当流体区域足够大时，这一假定的结果与假定流体为无限边界流体的结果的误差应小于1%。一般情况下可以取流体区域的半径为固体结构半径(其中矩形截面取其边长的1／2作为半径)的5倍以上。确定出流体区域的范围后，建立流体单元，并将分界面处的流体单元的KEYOPT(2)值设置为0，其他流体单元KEYOPT值设置为1。

2)标记流固耦合界面。选取流体单元中流固交界面上的节点，执行FSI命令，标记耦合界面。

3)建立固体结构实体模型。建立固体结构模型，定义单元属性，采取映射方式进行网格的划分。

4)施加约束条件。由于流体区域的尺寸是远大于固体结构的尺寸，故在流场边界处的单元节点上施加压力(PRES)一0约束。又因为结构为悬臂结构模型，并认为流体区域在悬臂根部的平面内有边界，所以固体结构模型底部固结，流场底部定义Z方向约束。

5)选择求解类型，进行求解。进入SOLUTION求解器，定义分析类型为模态分析，设定提取频率阶数及提取模态的方法。由于非对称矩阵法(UNSYMMETRIC)主要用于求解模型生成的刚度矩阵、质量矩阵不对称等问题，故采用非对称矩阵法(UNSYMMETRIC)进行模态的提取。

6)查看结果。进入后处理器，查看结构模型频率及振型图。、

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