本文摘要：（由ai生成）

多场耦合仿真技术在工程设计中至关重要，可精确模拟实际问题，提升设计准确性及可靠性。ANSYS Workbench作为一款综合仿真软件，能处理复杂多物理场问题，如流-热-固、电-磁-热耦合等。在航空发动机、变压器等领域，多场耦合仿真可研究各物理场相互作用。刚-柔耦合与光-机-热耦合仿真则分别适用于刚柔性体及精密光学仪器设计。这些技术有助于产品设计阶段发现问题，降低成本，实现快速迭代优化。工程实际中，结构场、温度场、流体场、电磁场相互耦合。随着产品的要求越来越高，单场载荷响应已不能满足设计要求，多场耦合仿真技术的重要性愈发凸显，更好模拟实际问题提高工程设计的准确性和可靠性。

按照耦合程度，多场耦合可分为单向耦合和双向耦合。单向耦合即A场对B场有影响，而B场对A场没影响。双向耦合即A场对B场有影响，而B场对A场也有影响。按照计算方法，多场耦合主要有直接耦合法和迭代耦合法。

   

多物理场耦合作用

随着当今世界科技发展，多场耦合分析已在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、土木工程、机械工程、电子工程、光学工程等。多场耦合分析可以帮助我们更好地理解和预测复杂系统的性能，其主要分析步骤如下：

Step 1：建立数学模型

根据所研究的问题，将各个物理场用数学方程表示出来，如 Navier-Stokes 方程、波动方程、热传导方程等。

Step 2：确定边界条件

根据实际问题的几何形状和物理特性，设定数学模型的边界条件和初始条件。

Step 3：求解数学模型

利用数值计算方法（如有限元法、有限差分法等）求解各个物理场的数学模型，得到各个场的分布和变化情况。

Step 4：分析结果数据

对计算结果进行分析，找出各个物理场之间的相互作用规律，评估设计方案的优劣，为工程决策提供依据。

Step 5：优化设计模型

根据分析结果，对设计方案进行优化，以满足工程要求。    

   

流-固耦合燃烧模拟

ANSYS Workbench是功能最全面、性能最卓越的工程仿真软件之一，具备解决复杂多物理场的耦合计算能力，通过图形化界面进行多种物理场耦合的仿真分析，如流-热-固耦合、电-磁-热耦合、光-机-热耦合等。    

                               

由约束限制产生热应力               由材料差异产生热应力

ANSYS Workbench热-固耦合仿真分析流程

单向流-固耦合：数据只从流体计算传递压力到固体表面，或者数据只从固体计算发送节点位移到流体界面。固体计算既可采用静态结构分析，也可采用瞬态结构分析。Workbench单向流-固耦合分析流程，如下图所示。

双向流-固耦合：每一时刻都同时进行流体计算传递压力到固体表面，固体计算发送节点位移到流体界面。固体计算通常采用瞬态结构分析。Workbench双向流-固耦合分析流程，如下图所示。  

ANSYS Workbench双向流-固耦合仿真分析流程

三通管流-热-固耦合仿真

5G数字电路电-磁耦合仿真

ANSYS Maxwell是工业界领先的电磁仿真软件，已被集成到先进的仿真平台Workbench中，可以实现电机电磁、振动和噪声的耦合分析。也可以与其他软件进行耦合分析，如Maxwell模块与FLUENT软件之间的电磁热流耦合分析。

ANSYS Workbench刚-柔耦合分析项目流程如下图所示，主要分为两步：首先进行刚体动力学分析，然后进行柔性体力学分析。

在精密光学仪器中，由于机械载荷、温度变化、装配偏差等因素，会引起光学镜面几何变形和光学材料性能变化，难以满足镜片面形和位置精度要求。因此，需要将光学、结构力学、热力学等多学科集成耦合，形成光-机-热集成分析方法，通过仿真驱动设计实现光机方案快速迭代。

太空望远镜光-机-热耦合仿真

Ansys Mechanical结构分析对镜头的装配和温度工况进行模拟分析，得到镜头变形数据结果，再通过Zemax的STAR模型进行耦合，将镜头的结构分析数据导入到镜头设计软件中，从而进行镜头设计和优化。

ANSYS Workbench光-机-热耦合仿真分析流程