完整版流固耦合教学.docx
《完整版流固耦合教学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版流固耦合教学.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
完整版流固耦合教学
1、打开ANSYSWorkbench,拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。
2
2、打开第一个模块中间的Geometry，建立几何模型：
（1）在XYPlane内建立ShipShell
船长：
、船宽：
、型深
将第一个Solid重命名为ShipSolid
在Concept中选择SurfacesFromFaces，选中模型的六个面，尔后Apply、Generate。
重命名第二个ShipSolid为ShipShell
右击ShipSolid,选择HideBody，显示ShipShell,尔后对ShipShell执行同样操作（即隐去）
1
（2）在YZPlane内建立液舱
单击（NewPlane），选择YZplane，，Apply一下
将YZPlane向X正方（图中为法向，即Z）向偏移
Generate一下，尔后Showbody一下ShipSolid与ShipShell
可以看到YZPlane已平移到Body内了
再将ShipSolid与ShipShell都Hide，选择Plane4，调为正视，Generate一下
新建一个Sketch：
单击，显示，在此Sketch中建立液舱模型
草图
2
单击拘束（Constrains），将草图中的“水平线”调整为水平，“垂直线”调整为垂直：
事实上仅用Horizontal（水平）和Vertical（垂直）就OK了。
以水平拘束为例，先单击Horizontal，再依次单击草图中的水平线段。
调整后以以下图所示：
定义尺寸：
左下角空缺的部分是预留贴“应变片”的部分，需要单独建模
单击Extrude（拉伸），设置Operation（下拉列表中改选为AddFrozen）与拉伸尺寸（0.1m）：
尔后Generate一下
3
将第三个Solid重命名为Fluid，拉伸后的收效以下：
再新建一个Sketch，显示，在空缺处画一个长方形，尔后拉伸0.1m，（其中
Operation属性同样选为AddFrozen），Generate一下，同样把第四个Solid重命名为Fluid
建立舱壁：
在Concept中选择SurfacesFromFaces，选中除“应变片”外的其他9个面
图中“应变片”显示为未着色，即不选中，尔后Generate一下
将第五个Fluid重命名为FluidShell
再SurfacesFromFaces一次，选中“应变片”，Apply，Generate，同样将其重命名为FluidShell
4
选中Fluid（内流场），将其属性改为Fluid，（Fluent中默认均为Solid）
选中“内流场”，右击，选择FormNewpart，并重命名为Fluid再选中舱壁（FluidShell）
也组成一个part，并重命名为FluidShell
到此，液舱（内流场与舱壁）就建完了，尔后将二者都执行Hidebody
（3）在ZXPlane内建外流场
选择，调整为正视，旋转坐标系
先确定外面尺寸，再确定内部尺寸：
外面流场关于坐标轴（横轴）对称，两边各距离横轴
，前后距离纵轴距离分别为：
、3.14m.内部为船体地址，横向（船宽）为、
纵向（型深）为
5
拉伸（Extrude）一下，拉伸长度为船长，即0.4m，其中Operation选择AddFrozen，Generate一下
图中显示外流场把船体的地址给空了出来，将重命名为OutFluid，同时将属性
改为Fluid
接下来进行流场切分（Slice）：
在Tools中选择Freeze，产生透明收效
单击Slice（也许在Create中单击Slice），在SliceType中选择Slicebysurface，点击TargetFace，选中船体所在地址（即图中外流场所空出来的地址）内侧某一个面（以左侧面为第一个面为
例），Appy一下。
在SliceTargets中选择SelectedBodies，点击一下Bodies，选中外流场，Apply一下，再Generate，此时外流场就被分为两部分。
再分别以船体所在地址内侧（以逆
时针）第二、第三、第四个面为TargetFace，同样进行切分操作。
最后结果以下所示：
外流场被切分成8个体
将这8个体组成一个part，并重命名为OutFluid：
将ShipSolid、ShipShell、Fluid及FluidShell部分同时showbody，可以看到整个模型（包括外流场、船体、液舱及内流场）
6
至此，几何模型建立达成，退出，在project中保留，命名为
3、资料设置
点击打开EngineeringData，单击，选择，在
表中找到结构钢（Structural），右击，选择AddtoB2，单击返回
设置StructuralSteel1的资料参数（这里只对Density（密度）和Young’sModulus（弹性模量）进行设置）：
表中找到以下两个参数，并照此设置
这代表刚性
同样对StructuralSteel2进行设置，密度同样，弹性模量改为2E+10，这表示为弹性（相对
StructuralSteel1）
单击，回到Project，并保留
4、网格划分与加载
（1）点击Model，即打开
7
将ShipSolid、Fluid、OutFluid进行Suppress，点击ShipShell，进行以下设置
点击FluidShell，把子项中全部选上，进行以下设置
Hide一下ShipShell，先划液舱的网格
右击mesh，在Insert中选sizing，先选中除与“应变片”共边的其他10条边
这样，网格单位长度为
再选中剩下的两条边（除去了与“应变片”共部分），每条边撒9个点（由于“应变片”边
8
长也为）
Show一下ShipShell，同样对ShipShell划分网格
先对船长方向的四条边划分，均分为36份
再同时选中剩下的8条短边，均分为10份
右击mesh，在Insert中选Method，在模型框（蓝底）中右击，选SelectAll，Apply一下
右击mesh，左击GenerateMesh，生成网格
9
若需查察液舱的网格，则Hide一下ShipShell，再单击一下mesh即可
（2）拘束及时间步长的设置
单击AnalysisSettings，尔后进行以下设置
施加重力：
单击
，选择StandardEarthGravity
施加3个流固耦合：
单击
，选择FluidSolidInterface，重复操作
3次
单击第一个FluidSolidInterface，选中液舱的6个面（“应变片”处不要选），Apply单击第二个FluidSolidInterface，选中“应变片”，Apply
Show一下ShipShell
单击第三个FluidSolidInterface，选中长边所在的四个面，Apply
10
再选中ShipShell的全部短边所在的两个面，单击，选择Displacement
在DetailofDisplacement中限制Y方向位移为0，其他不作设置（这是由于浪沿着x方向，
按理y方向不应当有位移）
横摇角的测量：
先测出两个点在Z轴方向的位移，其位移差除以船宽，再进行一个反正弦
运算即可获取横摇角（弧度值，若需要度数，则还需乘以360再除以2），详细操作方法为：
右击Solution，以下选择
定义两个：
点击第1个DeformationProbe，选中第1个点（图中所示），Apply
并在详细属性中设置
11
点击第2个DeformationProbe，选中第2个点（图中为第一个点右侧的点），Apply，同样在
详细属性中设置
监测模型的应力应变：
右击Solution，以下选择
再右击Solution，以下选择
获取应变与应力监测模块
至此，结构模块设置结束，退出Mechanical，右击Model，单击update，对setup执行同样的操作，保留一下，然退后出
（3）流体部分的网格划分
点击FluidFlow下的Mesh，进入流体域的网格划分
在流体域中不对结构部分设置，故须将结构部分Suppress，只保留Fluid和OutFluid
12
先划分内流场（Fluid）的网格，故将外流场（OutFluid）Hide一下划分网格的详细步骤不再赘述，看图即可
接着
尔后Show一下OutFluid，同时Hide一下Fluid
从左往右划分
13
Then
14
这部分网格我们定义的是由密到疏，但是划出来后发现有个别边的渐变与定义恰巧相反，这
个问题可以经过DetailofEdgeSizing下的ReverseBias来解决，点一下ReverseBias右侧的
选项框，尔后同时选中变化相反的几条边，Apply一下即可（今后遇到近似的问题即可用此
功能解决，这个功能在15.0及以上的版本中都有）
Then
这部分是最上面的
Then
15
这部分是最下面的
Then
这部分是中间的（要求船舶运动拥有较好的精度，需加密网格）
Then
这部分是外流场宽度方向的网格，划分的时候可将坐标系旋转至合适地址
Show一下Fluid
右击Mesh，在Insert中选择MappedFaceMeshing，在模型所在蓝色地域右击，选择SelectAll，
Apply一下；在工具栏中单击GenerateMesh（或在Mesh中找到GenerateMesh）
16
注：
生成网格后可能会发现网格依旧不整齐也许部分地域变形严重等现象，我在初次做这个
例子的时候也遇到这个问题，经检查发现，网格自己划分没错误，规整六面体网格种类的设
置也是对的，但若将全部的Behavior选项选为soft的话就会出现这种情况，当改选为hard
时，重新生成一次网格就正常了。
（4）流体域界线定义
在上一项的基础上，将OutFluid隐去，在Fluid中进行以下操作
空出“应变片”
在蓝色地域右击，选择CreateNamedSelection，命名为FSI1（对应于结构模块中的FluidSolidSurface1）
17
用同样的方法定义“应变片”为FSI2
Show一下OutFluid，为便于查察，可以点一下mesh，再点一下
选中与船相邻的4个面
用上述同样的方法命名其为FSI3
用同样的方法
将OutFluid顶部的面选中，并命名为Out
将OutFluid首部（面）选中，并命名为movingwall（推板）
将OutFluid底部的面及尾部（面）选中，并命名为wall
分别将OutFluid前面及反面选中，分别命名为sym1和sym2（意思是对称面或镜像面）
至此，流体域的网格划分及设置结束，退出，回到Project，update一下mesh，保留，退出
Project
将已保留好的try-2015.12.07文件夹复制，将副本的尾缀“副本”改为fuben，后续设置及计
算在副本中进行
5、Fluent中的流场参数设置及初始化
在副本中打开Fluent，即点击FluidFlow模块下的setup，以以下图，选择Parallel（并行计算）
18
尔后点击OK，进入Fluent（按四核配置进行设置，若是是单核的话，选择Serial即可）
这部分设置相对简单，由于没有李辰师兄的UDF，就不作赘述了，详细设置过程参照李辰
师兄讲解此例的视频（从第45分43秒至第1小时04分54秒）
设置完退后出并保留
6、流固耦合设置（SystemCoupling）
点击SystemCoupling模块下的，进入流固耦合设置，设置过程
19
很简单：
第一个需要设置流固耦合迭代时间步长，须跟
Mechanical
和Fluent中保持一致，
为减少计算时间，迭代次数选择默认（减少迭代次数，计算精度也会下降）
；第二个需要设
置的是建立流固耦合联点，保证数据传达的双向性。
设置完今后点击
updateproject，尔后开
始进行流固耦合计算，这一部分的设置过程及后办理详见李辰师兄的视频讲解，
在这就不赘
述了
本文依照李辰师兄的视频讲解撰写，
重点在于学习流固耦合的模型建立，
希望对大家有
所帮助
20
升级会员 