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在ANSYS Workbench中通过Fluent和Mechanical进行单向流固耦合分析

2023年05月14日 CAE 阅读 1,092 views 次

本文介绍在ANSYS Workbench中通过Fluent和Mechanical模块进行单向流体结构耦合分析(流固耦合分析)的方法。单向流固耦合不同于双向流固耦合的地方在于载荷计算完成后只存在一个方向的传递,不需要反传递,因此在建立工程时不需要耦合器,一般都是流体计算完成后将结果传递给结构,进行结构分析,适用于流体对结构产生明显影响,而结构对流场影响可忽略的情况。

1、模型介绍

所使用模型如下图所示,模型的左侧为流速入口(10m/s),右侧为压力出口,中间有个薄壁的板件,受到流体压力而产生变形。通过流固耦合分析板件的变形量和应力分布。

2、流体分析

在Workbench的Project页面添加Fluid Flow(Fluent)模块,并导入几何模型。Fluid Flow(Fluent)模块是Fluent在ANSYS Workbench中的集成工作流,包含了Fluent求解器和Workbench的前后处理功能。

进入DesignModeler,选择流体左侧的入口面将其命名为inlet,右侧的出口面命名为outlet,中间流体和板件接触的三个面命名为f_fsi.

选择板件和流体接触的三个面,将其命名为s_fsi.

进入Meshing,在结构树中选择板件几何体,右击选择Suppress Body,将其抑制。在Mesh中添加Edge Sizing,并选择流体的所有边,将网格大小设置为5mm,点击General生成网格。

进入Fluent,在Models - Viscous中选择标准(standard)两方程k-epsilon模型,系数采用默认值。

在Materials中将water-liquid水材料模型添加到fluid中。在Cell Zone Conditions中将几何模型的类型设置为fluid,材料选择water-liquid。

在boundary Conditions中将入口inlet的类型设置为velocity-inlet速度入口,并将速度Velocity Magnitude设置为10m/s,将Specification Method设置为Intensity and Length Scale,将Turbulent Intensity设置为5%。

同样将出口outlet设置为pressure-outlet压力出口,将Specification Method设置为Intensity and Length Scale,将Turbulent Intensity设置为5%。同样将定义的壁面曲面f_fsi类型设置wall,选项保持默认。

在Solution - initialization中将initialization Methods设置为Standard Initialization,并设置Compute from为inlet。单击Initialize进行初始化。

在Run Calculation中将迭代步数设置为200,点击Calculate进行求解计算。计算完成后查看计算结果,下图所示为显示的速度矢量图。

3、结构力学求解

退出Fluent,返回ANSYS Workbench,添加静力学求解项目,并与前面计算完成的流体力学分析模块相关联,引用Fluent的分析结果。

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