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midas CFD|流固耦合(FSI)讲解回顾

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流固耦合 
流固耦合 (FSI :Fluid Solid InteractionInteraction)分析是一种用来分析流体和固体之间耦合作用的功能 ,因此进行流固 耦合分析时 ,将同时应用 流体求解器 和结构求解器 。

midas NFX将流体求解器和结构求解器集成在一个操作界面下 ,用户进行流固耦合分析时 ,无需进行界面的切换使得操作更加便捷 。

在 midas NFX CFD 中,流固耦合分析为单向(弱)流固耦合和双向(强)流固耦合。
单向(弱)流固耦合是指体域将 压力 或温度 的数据传递给结构,使得结构发生变形或温升。
双向(强)流固耦合是指体域将压力或温度的数据传递给结构 ,使得结构发生变形或温升,同时结构的变形数据 将回传给流体,使流体发生变形。因此,使用双向流固耦合时,须激活网格变形功能。

如果结构的变形非常小,并且随时间的变化也相对缓慢,流体的行为不会受到变形的影响。此时只需考虑单向FSI;如果变形随时间的变化非常快 (每秒超过若干周期),那么 ,即使是小结构变形也会在流体中产生压力波,这些压力波会使振动结构产生声辐射 。这类问题可以归结为声-结构相互作用,而不是流-固耦合 。

midas NFX CFD 提供了三种用于分析流固耦合相关的计算方式 。
这三种方式分别为手动单向耦合分析、自动单向耦合分析和自动双向耦合分析 。

通过采用下述的三种流固方式,可以实现目标结构在流载作用下的流固耦合分析

对建筑结构在风载作用下的动力响应进行流固耦合分析。

流场分析

对近结构流场的压力分布、流速分布以及流动不稳定性进行分析计算。

结构强度

结构预应力或者流场对结构强度的影响,分析结构的形变、应力。

模态分析

对结构动力特性进行研究,分析结构或结构在流体影响下的固有频率和振型,判断其在特定激励下的共振可能性。

几何建模
风场区域:以埃菲尔铁塔为中心建立一个长100米、宽100米、高度为80米的矩形风场。

网格划分

边界条件设置和分析设置
后处理结果-变形

后处理结果-应力

2D单元-选择单元边,压力沿边法向

3D单元-选择单元面,压力沿面法向

流固耦合(FSI)注意事项
1.经验或者试验现象分析模型,确定2D/3D? 有无可简化部分?可压缩性?技术难点或者无法把握的问题?数值稳定性、存储空间、 CPU 占用时间的估计;
2.可能,用简化模型先测试。例如采用3D模型前先采用2D模型计算;
3.采用粗网格并使用能使模型快速求解的材料数据和载荷(例如,高粘度值,低速度,低压力,放松收敛精度等)。
此测试是确认模型具有合理性。一旦模型出现问题,可以很快查出原因;
4.出现错误 ,可以查看 **.out and *.log 文件中的信息;
5.在进行流固耦合计算前,首先分别测试结构模型和流场计算模型;
6.当结构和流场模型能够正常求解,再采用FSI 进行求解;
    a)先做大步长稳态计算,之后重启动瞬态计算;
    b)当耦合界面位移很小或者很大情况下,不要使用位移收敛条件;如果相互作用力很小,则不要使用力收敛条件
7.FSI界面不影响 CFD 边界条件,该施加壁面的就施加,纯流体怎么设置就怎么设置;
8.单向FSI 不用考虑网格变形,就是纯流体分析+结构分析;
9.双向FSI 由于结构变形影响流体域的网格,所以需要考虑网格变形,只需勾选网格变形高级模块即可,不用设置任何参数。
10.FSI后处理结果需重新加载,打开结果文件选择".fsip"

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来源:midas机械部落
振动建筑UMNFX材料试验
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首次发布时间:2022-11-25
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