Workbench双向流固耦合：深度分析案例与启示

流固耦合（fluid solid interaction，简称FSI)，是将计算流体力学（CFD）与计算固体力学（CSM）结合在一起计算固体在流体作用下应力应变及流体在固体变形影响下的流场改变。

1、流固耦合模型和网格划分

建立计算模型时，需要同时创建固体模型与流体模型。有问题可以交流，QQ:1036022080。

固体模型：

1、上边矩形框：中心矩形孔为20mm*10mm，方框边界为2mm，也就是说整体矩形框尺寸为24mm*14mm。矩形框厚度为1mm。

2、下边薄膜尺寸为24mm*14mm，与矩形框正好贴合，其中薄膜一侧与矩形框一侧有粘贴在一起的约束。薄膜厚度为60μm。

2、流固耦合计算类型

从耦合松紧来说，分为强耦合与弱耦合；从数据流动方向来分，可分为单向耦合与双向耦合。目前绝大部分流固耦合计算软件，都是弱耦合；很多软件可以做双向流固耦合，如fluent+mechanical，CFX+ mechanical等，通常能做双向耦合的软件组合都可以做单向耦合。本次采用fluent+mechanical的耦合计算方式。数据流如下：

3、耦合计算中数据的流向

数据可以从CSM流向CFD，也可以从CFD流入CSM，但是在计算中，会存在一个时间步的时滞。

图1 单向耦合

图2 双向耦合

图1为单向耦合数据流向，流体分析将压力分布结果传输给固体计算，固体计算结果并不返回任何数据给流体程序。

图2为双向耦合数据流向，流体计算将压力传递给固体计算，固体计算程序将节点位移返回给流体程序以更新流场。

4、设置数据传递方式

通过设置流体和结构的fluid-solid interface的形式，所有需要传递的数据均在此交界面上进行插值传递。

5、流固耦合计算类型

单向计算可以使用瞬态或稳态，双向计算通常为瞬态计算。注意固体，流体和耦合计算的时间步长必须保持一致。同时需要关闭结构的auto time stepping。当然在一些软件，如adina中，只有一个时间步概念，采用流体时间步，它的固体计算自动采用与流体时间步保持一致。

流体计算设置；结构计算设置；耦合计算设置；

6、计算结果查看

流体中主要查看流场改变，固体中主要查看位移、应力及应变信息。

流体：速度，压力。

速度云图：

压力云图：

结构：变形情况。

薄膜变形：

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