弹性血管流固耦合教程与心得.docx

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弹性血管流固耦合教程与心得

基于Ansys12.0的Workbench血管流固耦合之最详尽小火车之旅

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承蒙“水若无痕”版主信任，我把我做过的血管流固耦合以小火车的形式发出来，与大家共同讨论学习。

首先概述一下：

1：

血管建的比较短，这样单元会少些，调试比较方便，但效果可能没官方视频的好看，但原理步骤没错就行

2：

原来流体为自己建的Blood，为可压缩流体，我自己试了下，用Water也可以，所以就简化了建新材料这一步

3：

我用的是Ansys12.0版本，我建的模型保存成多种格式，欢迎大家下载做着玩玩

图1

geometry.rar（31.03KB）

A：

首先打开AnsysWorkbench拖出各个模块，连接关系如下图：

实际上可以在TransientStructural的setup上面点右键，transferdatatonewsimulationFLOW（CFX）同样可以建立新的CFX分析模块，而且不用自己连线，本图

图2

B：

可双击EngineeringData编辑材料，因为进入Ansys结构部分设置时候要用到血管材料，默认是结构钢，太硬了，所以要自己重新设材料，这点很重要！

图3的这个对号加小箭头的状态只调试出来一次，其他的都没弄出来过，索性全部给updata了

图3

C：

单击我画的第一个大圈（左列），右击我画的第二个大圈（左列）——Duplicate，复制一个同种材料。

在复制的材料后面框里有链接，这个链接是链接到材料库的，右键把链接打断，我是这么做的。

如果双击EngineeringData看不到我图中的界面的话，可以在主菜单中——View——Properties以及接下来的两个选项给选上就可以看见了。

改好材料后可以把对新材料重命名，用右键。

然后再主菜单上点击updateproject，材料就可以在材料设置里用了。

图4

D：

更改密度，杨氏模量，和泊松比。

重命名。

上一步给出了怎么保存修改结果

图5

E：

这个是Ansysmodel部分，这里是不需要用到流体部分的，不需要删掉，只要右键对它Suppress就可以了。

单击Pipe，可以在下面设置材料

图6也不是必须空缺AnalysisSettings，如果这里不给出，到CFX中会提示错误，但是没有任何影响，在CFX里面设置就可以

遵照教程，是在CFX中给出的

图6

F：

对血管加约束，可以把两端完全约束，对称面部分在垂直面内不可运动，也可以所有平面部分都完全约束，这个没关系，都可以计算。

图7

G：

右键插入流固耦合面，当然就是流体固体接触面了

图8

H：

注意还要指定fsi需要求解什么量，我这里给出了要求Vonmises和全部变形，也就是在CFX-POST中可以看到固体的神马结果，否则只能观察流体的输出结果。

然后要保存*.inp文件（如果将structural中的setupcellupdata的话，保存inp文件不是必须的），这个就是进行流固耦合的Ansys部分求解文件，保存时如果Tools菜单下保存按钮不可用可以点一下下面的——solution，当然做这个之前保证各部分设好了：

1）只有血管壁模型有效；

2）划分网格，这个网格与流体部分是独立的，没有形状要求；

3）施加约束；

4）定义流固耦合面；

5）设置Ansys求解项；最后保存就好了

图9

I：

打开CFX，由于是在Workbench下运行的，所以模型都是直接自动导入的（不包括Ansys结构文件），下图是我设置好的概图

图10

J：

AnalysisType的设置，看我在图中画的圈，仔细设置，一般不会有错。

这里要设置为流固耦合瞬态分析，导入之前保存好的Ansys结构输入文件。

如果在前面将structural中的setupupdata的话，图11第一个圈这里将会出现ds.dat的文件，是由固体自动传过来的。

如果没有updata的话，这里可以导入之前写好的inp文件。

图11

K：

DefaultDomain设置，注意要选择材料

图12

L：

建立一个表达式，我的图里面建了三个，第一个是我建Blood材料用的可压缩材料的密度函数，为了简化，用水也可以，所以大家不用写这个。

只要第二个Pin，这是要用的一个脉冲压强，给血管一个脉冲。

建好后检查函数曲线——M图。

材料属性

Blood

设置ThermodynamicState为Liquid

在MaterialProperties按钮,设置

–MolarMass为1kgmol^-1

–Density为表达式den

–勾上SpecificHeatCapacity并设置Specific

HeatCapacity为4200Jkg^1K^-1

勾上TableGeneration并设置

–MinimumAbsolutePressure=1e4[Pa]

–MaximumAbsolutePressure=2e5[Pa]

–ErrorTolerance=0.01

–MaximumPoints=100

–PressureExtrapolation=On

勾上TransportProperties并且设置Dynamic

Viscosity为4E-3kgm^-1s^-1

Thermalconductivity0.6069[Wm^-1K^-1]

BuoyancyProperties→Thermalexpansivity0.000257[k^-1]

den

1050.0[kgm^-3]+p/36.0[m^2s^-2]

Pin

1666[Pa]*step（（0.01[s]-t）/1[s]）*sin（pi*t/0.01[s]）

out

areaAve（p）@out1

图13

M：

按下图设置，目的是为了查看压力脉冲信号

图14

N：

上一幅图左下角的PlotExpression按钮显示压力脉冲曲线，图N左下角的DefinePlot则可以退回上一步重新设置参数

图15

O：

设置边界条件，入口设为Opening，参数用表达式，就是之前图L设的Pin，表示入口为压力脉冲

图16

P：

出口也设为Opening，出口压力0Pa

图17

Q：

对称面的设置Symmetry

图18

R：

流固耦合面得设置，这个设置就是用来传递流体与固体的相互作用的

图19

S：

初始化赋值

图20

T：

求解控制设置，基本不需要改动，对照查看下

图21

U：

求解控制设置2，请对照设置耦合控制步数

Max.Iterations=3

图22

V：

求解输出项控制，这一步很重要，请看准要求解的三个参数，设置错误就得不到想要的结果

图23

W：

设置监控，为了查看关心的参数在计算过程中的显示，个人认为不影响计算结果，自己设置。

以上全部设置完毕就可以保存设置计算了，不用另存，Workbench会直接将数据进行传递。

在Workbench中启动求解，不用多余的设置，直接求解。

求解完后进入下面的后处理部分。

图24

POST-1：

后处理部分，在Workbench下直接打开后处理，结果会直接导入，勾选我画的圈，显示血管壁和对称面

图25

POST-2：

1）：

显示血管壁和对称面后，分别在对称面和血管壁上右键-Render-ShowMeshLines目的是显示网格；

2）：

分别在对称面上和血管壁上右击，对称面—Colour-Pressure显示压力图；血管壁-Colour-Vonmises显示应力图

图26

POST-3：

在空白处右键-Deformation-2*Auto，目的是放大变形，因为实际的变形很小，放大后效果才会很明显

图27

POST-4：

查看各个时间步的变形结果，如果你看到对称面与血管壁同步变形的话，恭喜你，你已经完成血管的流固耦合了！

图28

楼主我是新手，我照着你的方法做到最后一步，但不知道怎么在WB中启动求解，一直无法计算，我的截图是正确的吗？

图29

看了一下你的截图，为什么有限元设置部分里-setup后面也打了勾呢？

设置好有限元部分就要保存了，不要求解的。

启动耦合求解：

在CFX做完设置后在Workbench界面里CFX-pre下面的求解-solution双击，弹出求解窗口，点击run就可以了43#no_feat

你看下42#截图，在最初准备阶段就要把这个框架给建好，然后你建好模型，mesh等都会被自动导入下一步，不会没有模型的，是不是你的框架不对还是在进入cfx之前网格部分没有准备好？

要看到cell上面打钩才对！

44#wanglifeng9

我又做了好几遍，感觉有以下几点：

1.从开始到导出.inp没有什么问题（中途不要划分单元，不要设定时程，点一下solution，再点tool输出）。

2.我是双击mesh设置cfx的网格的，但网格包括了管壁和水，这样进入cfx-pro也包括管壁和水，我没有学过cfx，这样做不知道对不对？

3.cfx-pro的设置中我发现我的界面与楼主截图不一样，我的边界设置有紊流度选项，可能是版本的问题。

4.求解时报错，程序认为pin函数的单位是s应该为pa，我反复检查1666[pa]*step（（0.01[s]-t）/1[s]）*sin（pi*t/0.01[s]）的单位的确是pa，不知道为什么会出现这种情况？

你的第二副图有问题，建好模型双击mesh，打开划分网格界面，按照CFX-mesh规则划分好网格后，应当mesh后面是打钩的，没打勾的话在你图片的那个界面没打勾的mesh上面右键，选择update就行了；Ansys设置好后不要求解，用tools——save保存，如果保存项不可用，点一下结构树上的solutions就可以了，不要求解，保存项可用时加以保存，记住保存位置！

47#wanglifeng9

1：

有限元分析必然要划分单元的，这个单元划分与流体的不同，是独立的，不要设定时间，时间由cfx求解控制，点solutions为了使得tools下保存可用，因为有时候保存按钮不可用，不是为了求解

2：

你要先学习下画简单的流体网格，帮助文件里的CFX——mesh部分有教程，你需要练习下，进行流体或固体划分网格时要把不用的部分给禁用

3：

层流紊流都可以算，但是个人认为层流比较好算，调试时间短，先做层流，做好了再做紊流

4：

前面的问题先解决吧，这个你自己调试下，我也不是很清楚，调试出脉冲信号曲线才行51#no_feat

楼主，我又有问题了，我设置好了提交计算，计算出错，这个错误提示信息，你给看看

图30

每次求解前可以把之前求解的结果删掉，方法：

solutions右键选择cleargenerationData就可以了如果这样还是解决不了，就是别的方面你设置错误了，不是通过你给的图片能够判断的62#wanglifeng9