STAR CCM+2510新算例：结构应力计算

前阵子STAR CCM+ 2510版本发布，更新了不少的新功能，有些新功能在同类软件中着实属于领先的。今天要聊的是在CFD中进行结构应力计算。

一般情况下，人们习惯于使用有限元方法进行结构应力计算，目前主流的结构计算基本上都采用的是有限元方法。也不知道是从什么时候开始，CFD软件中也开始使用有限体积法求解结构与应力。STAR CCM+很早就已经支持结构应力计算，具体记不清从哪个版本开始，但至少有十多年了。Fluent稍晚一些，不过也有好几年了。

有限体积法计算结构应力要比有限元法粗糙些，误差主要还是产生在离散方法上，如果想要得到比较精确的结果，网格需要做的非常细密才行。另外一个问题就是非线性问题的处理，如非线性材料与接触问题，目前用有限体积法都比较难处理。STAR CCM+在结构应力计算这一块走在了同类CFD软件的前列。目前Fluent似乎还不支持非线性材料和接触计算，仅支持计算大变形这类几何非线性问题，在非线性计算这块，属于入门级。而反观STAR CCM+，早就支持非线性材料（如超弹性材料、塑性材料和脆性材料等），最近的几个版本还支持接触计算。

在STAR CCM+ 2510版本中结构应力及流固耦合计算中更新了两个算例。

算例1：挤压薄壳圆柱体

算例演示的是在集中力载荷挤压作用下简单薄壁圆柱体的变形建模过程。模拟过程中，使用了Shell单元进行建模。

计算完毕后的结果如下图所示。

在CFD软件中支持shell单元计算无厚度曲面几何的应力计算，目前只在STAR CCM+中见到。

算例2：狭缝阀

算例演示的是狭缝阀在特定压力载荷下的变形过程。算例涉及到超弹性橡胶材料、接触等常见的结构非线性问题。计算结果如下图所示。

这个算例的压力采用的是直接通过边界条件输入，不过也应该很容易扩展到使用流体压力，毕竟只是个简单的边界映射操作。

虽然利用STAR CCM+与其他外部结构分析软件配合进行流固耦合计算也不算复杂，不过若STAR CCM+的结构应力计算功能足够强大，在STAR CCM+中直接进行流固耦合计算似乎更方便。相比较而言，Fluent的结构应力计算能力就太弱了，希望后期Fluent的结构应力计算能够加强，这样做流固耦合就不需要启用Workbench了。