基于Ansys Workbench的薄板型零件流固耦合压力载荷映射
说明：本文基于 2025R1 版本编写，其他版本可能存在差异。
1 问题概述
流固耦合仿真中，结构网格和流体网格可能存在一些差异。若流体模型中保留了固体的厚度，结构模型基于中面建立，如何将两侧流体压力载荷同时映射到结构中面网格上？
2 演示案例
2.1 模型概述
以下述模型作为演示案例，讲解如何映射压力载荷。
模型蓝色半透明实体为流体域，中间粉红色实体为薄板零件，厚度 2mm。
为了方便进行载荷映射，将流体域中和固体零件接触的面分别命名为 wall_fsi_1、wall_fsi_2、wall_fsi_side，分别为下图中的粉红色、黄色、绿色面。
本文仅演示单向耦合过程，流体部分为稳态纯流动，结构部分为结构静力学。Workbench中工作流程如图所示。
2.2 流体仿真
Fluent 流体仿真结果如图所示。
零件表面压力分布如图所示
2.3 结构仿真
除了和流体接触的部分之外的其他区域均采用固定端约束。材料认为始终满足线弹性假设。
将基于实体单元建立的有厚度模型的结果作为基准参考，以便于和基于壳单元的模型结果进行对比以验证映射的准确性。
2.3.1 基于实体单元仿真
对零件实体采用纯六面体一阶单元网格划分，单元数约2万，节点数约10万。
映射压力载荷后，其变形如图所示，最大变形量 0.344mm，变形方向为X轴正向。
2.3.2 基于壳单元仿真
对零件中面采用纯四边形一阶单元网格划分，单元数6498，节点数6670。
建立两个流体压力载荷，分别映射流体域中 wall_fsi_1、wall_fsi_2 两个面的压力，则两个压力载荷会线性叠加。流体域中 wall_fsi_side 为侧面，在基于中面的模型中映射压力会导致映射错误。
对每个压力载荷均设置放大系数，默认为1，取值 -1 表示压力作用方向和面法向相反。
此案例中，两个压力载荷默认的作用方向均为X轴正向。结合流体域的实际情况，则 imported pressure 1 放大系数 1，imported pressure 2 放大系数 -1 为正确设置。
两个载荷的放大系数均为 1，最大变形量 13.5mm，变形方向为X轴正向，不正确。
两个载荷的放大系数均为 -1，最大变形量 13.5mm，变形方向为X轴负向，不正确。
imported pressure 1 放大系数为 -1，imported pressure 2 放大系数为 1，最大变形量 0.345mm，变形方向为X轴负向，不正确。
imported pressure 1 放大系数为 1，imported pressure 2 放大系数为 -1，最大变形量 0.345mm，变形方向为X轴正向，和基于实体单元的结果基本吻合。
3 总结
注意事项如下：
1 在几何处理中需要将流体域中两个侧面和端面分为三组边界
2 结构的中面网格和流体网格通常不对应，为了插值精度考虑，不建议结构网格划分太粗糙
3 注意压力的方向，若压力加载方向不正确需要调整载荷的放大系数
