比ALE更简单！LS-DYNA中ICFD法波浪模拟全流程详解

8小时前浏览10

导读：上一篇文章LS-DYNA ALE方法模拟海洋工程中波浪生成的关键技术解析详细介绍了在LS-DYNA中使用ALE方法模拟波浪生成的关键技术，为研究船舶在波浪中的力学响应提供了有效解决方案。本文介绍LS-DYNA中生成波浪的另一种方法——ICFD法。

与之前讨论的ALE方法相比，ICFD法在波浪生成方面具有设置简便的优势，无需配置周期载荷和重力初始化等复杂关键字。不过，该方法要求使用者首先掌握ICFD法的关键字设置原理。相关基础知识的详细讲解可参考笔者在仿真秀平台发布的ICFD专题文章以及主页中的配套教学视频。

一、ICFD法

ICFD（Incompressible Computational Fluid Dynamics）法是LS-DYNA中模拟不可压缩流体运动的一种高效方法，特别适用于波浪生成、自由液面流动等水力问题。该方法基于Navier-Stokes方程求解，通过有限体积法离散计算域，结合VOF（Volume of Fluid）技术捕捉自由液面变化。ICFD法适合中低速问题，如洋流、血液流动等模拟。

二、ICFD法波浪模拟

因ICFD为隐式流体计算，载荷步跨度相对较大，并且相比于显式计算，结果数值波动较低所以重力加载可快速稳定。接下来将按照前处理-求解-后处理这个流程来讲解关键字的设置。

由模拟结果可看出ICFD可以轻松模拟出较为负责的波浪情况，并且在ICFD中已将多种波浪模型集成于求解器中，只需通过关键字调用即可。

1、流体网格设置

本次模拟维数是二维，对于三维问题大家可以只改变k文件中流体网格的设置，其余参数可以保持不变。ICFD流体网格无需设置整体网格只需要考虑边界网格即可，内部网格将由边界网格拓扑生成。二维ICFD流体的边754C网格需要通过梁单元转换生成，边界网格如图所示：

MESH VOLUME关键字通过索引边界网格对应的PART ID来确定流体域范围，需要注意区分边界与内部边线。

通过MESH INTERF 关键字设置流体域的内部分界线，用于分别设置水与真空两种物质区域。

2、流体材置

本次模拟的流体材料分别为真空与水，具体材料参数如下图所示，其中真空的参数不需要额外设置只需将FLG项设置为0即可。

3、流体材料赋予

关键字ICFD _PART 用于设置边界网格对应的PART的材料与单元算法，按照具体的流体材料分布设置对应的边界PART，内部边线的材料可任选二者之一。

关键字ICFD PART VOL 通过索引边界PART设置多相流问题中不同组份的初始区域，将流体域上方的区域设置为真空，下方的区域设置为水。

4、边界条件设置

分别设置流体域的上下两个边界为自由滑移边界，流体的流入通过压力差实现，将入口与出口均设置为压力边界条件。具体设置如下图所示：

其中压力出口需要设置函数使之可以实现随着水深的增加，出口压力也随之增加，若将出口压力设置为恒定值将出现回流的现象。压力函数如下图所示：

5、载荷设置

在ICFD法中波浪的实现仅通过关键字ICFD BOUNDARY FSWAVE即可。关键字的设置如下图所示。其中，PID用于索引波浪的入口的边界，本次模拟中因需要区分流体域的上下两部分，所以入口为两个PART如图所示。在WTYPE中设置不同的波浪模型，每个波浪模型对应的公式可在关键字手册中查看。H0、WAMP选项为波浪模型的公式中对应的参数，具体根据选择波浪模型的不同设置相应的参数。

重力等常规载荷仍采用结构模拟中的关键字。

6、求解设置与后处理

在关键字ICFD CONTROL TIME 中设置求解结束时间与载荷步步长，后处理关键字与结构模拟一致均采用关键字DATABASE BINARY D3PLOT 。

三、总结

本文详细介绍了LS-DYNA中ICFD法在波浪模拟中的应用。ICFD法基于不可压缩流体动力学，特别适合中低速波浪问题。相比ALE法，ICFD法设置更简便，无需复杂载荷初始化，且通过内置波浪模型关键字（如ICFD_BOUNDARY_FSWAVE）可快速实现多种波浪工况。文章系统讲解了ICFD法的关键设置步骤，包括流体网格生成、材料定义、边界条件施加（如压力梯度驱动流动）以及求解控制，并强调了压力出口函数设置对防止回流的重要性，为海洋工程波浪模拟提供了实用指导。

为了帮助读者理解并掌握ALE分析方法理论及应用，笔者在仿真秀官网独家首发了《LS-DYNA ALE流固耦合专题18讲：鸟撞/船舶/爆炸/激光融化/射流仿真》视频课程，通过课程的学习可快速掌握LS_DYNA中ALE法以及SALE法的使用及相关技巧，并且通过案例的演示帮助理解各个关键字以及相关参数的设置方式及含义。欢迎识别下方二维码试看。

可回放，开发票，奖学金，加餐

讲师提供vip交流群/答疑/相关学习资料

《LS-DYNA ALE流固耦合专题18讲：鸟撞/船舶/爆炸/激光融化/射流仿真》

课程配套资料如下，提供VIP群答疑服务。

四、LS-DYNA从入门到精通视频课程

1、LS-Dyna2023R1基础入门

该视频教程基于ANSYS LS-dyna最新的版本2023 R1进行讲解，手把手全流程界面操作演示。具有完整的案例介绍，从建模、设置边界条件、求解设置、后处理全流程讲解；包括19个最新仿真设计案例讲解与下载，涵盖包括航空、汽车等多个工业制造行业，及多个常见的模拟应用场景演示，工程实践性强；适合学生、老师以及有意愿学习显式求解算法的初学者。