流固耦合第二章.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流流固耦合第二章.精品文档.流固耦合分析指南第二章2.1 什么是顺序多场耦合顺序多场耦合是指将不同工程领域多个相互作用的综合分析，求解一个完整的工程问题。为了方便，本章把与一个工程学科求解分析相联系的过程叫做一个物理分析。当一个物理分析的输入依赖于另一个分析的结果，那么这些分析是耦合的。有些情况只使用“单向”耦合。例如计算流过水泥墙的流场提供了对墙壁进行结构分析的压力载荷。压力引起墙的变形，反过来又会影响墙周围流场的几何形状。实际上流场的几何形状变化很小，可以忽略不计。因此就没必要再返回来计算变形后的流场。当然在此分析中，流体单元用于求解流场，

2、结构单元用于计算应力和变形。一个较复杂的情况是感应加热问题，交流电磁场分析计算出焦耳热生成的数据，瞬态热分析用于预测时间相关的温度解。但在两个物理分析中材料的性能都是随温度明显变化的，造成感应热问题求解的复杂性。这就需要两种物理分析的反复进行。顺序耦合是指多个物理分析一个一个按顺序分析。第一个物理分析的结果作为第二个物理分析的载荷。如果分析是完全耦合的，那么第二个物理分析的结果又会影响第一个物理分析的输入。全部载何可分为以下两类：基本物理载荷，不是其它物理分析的函数，这种载荷也叫名义边界条件；耦合载荷，是其它物理分析的结果。典型ANSYS顺序耦合分析应用包括：热应力；感应加热感应搅拌稳态流体结

3、构耦合磁结构耦合静电结构耦合电流传导静磁ANSYS程序能够使用一个数据库文件进行多物理耦合分析，使用同一个有限元模型。而这些单元所代表的物理意义在不同的物理分析中是不同的，这就用到物理环境的概念。2.2什么是物理环境？ANSYS程序使用物理环境的概念进行顺序耦合场分析。可以将所有的操作参数及某一物理分析选项全部写入一个物理环境文件。它是一个ASCII文件，用以下方法创建：Command: PHYSICS, WRITE, TITLE, FILENAME, EXT, DIRGUI: Main Manu: PreprocessorPhysics EnvironMain Manu: SolutionP

4、hysics Environ针对一个具体的工作名可以定义多达9个物理环境。在physics命令中可为每一个物理环境定义一个唯一的标题。ANSYS为每一个物理环境指定唯一的编号并作为物理环境文件扩展名的一部分。建议使用标题描述分析的物理环境。这个标题应该与在/Title命令中（Utility MenuFileCreate Title）设定的标题区分开。Physics, Write命令创建物理环境文件（例如Jobname, PH1）,并将ANSYS数据库中的如下信息写入这个文件：单元类型及KEYOPT设定；实常数；材料属性；单元坐标系求解分析选项；载荷步选项；约束方程；耦合节点集；施加的边界条件和

5、载荷；GUI过滤设置；分析标题（/TITLE）；使用PHYSICS，READ命令(Main MenuPrepreccssorPhysicsEnvironread)读取一个物理环境文件。使用写入此物理环境文件时使用的文件名或标题（标题在物理环境文件的开头）。在读入物理环境以前，ANSYS程序将清除数据库中所有的边界条件，载荷，节点耦合，材料属性，分析选项，约束方程。2.3一般分析步骤进行顺序耦合场分析可使用间接法或物理环境法。对于间接方法，使用不同的数据库和结果文件，图21为用间接方法的典型顺序耦合分析数据流程图。每个数据库包含合适的实体模型，单元，载荷等。可以把一个结果文件读入到另一个数据库中

6、。但单元和节点编号在数据库和结果文件中必须是一致的。图22为物理环境方法的数据流程图，对于这种方法，整个模型使用一个数据库。数据库中必须包含所有物理分析所需的节点和单元。对于每个单元或实体模型图元，必须定义一套属性编号，包括单元类型号，材料编号，实常数编号及单元坐标系编号。所有这些编号在所有物理分析中是不变的。但在每个物理环境中，每个编号对应的实际的属性是不同的，例如实常数和单元类型。模型中的某一区域在某一个物理环境中，可以是无效的，本章后面将详细解释。图21间接法顺序耦合分析数据流程图图22使用物理环境顺序耦合场分析数据流程在创建ANSYS数据库时应该考虑所有物理环境的要求。在创建任何物理环

7、境以前，要对每个面或体的区域赋予正确的单元类型编号、材料编号、实常数编号、单元坐标系编号（参阅AATT及VATT命令描述）。对于模型中某一面或体区域在不同物理环境中都是分析区域的一部分时要格外小心。例如，流体可能有磁特性。在流体分析中，流体的材料编号必须为1。如果不能这样作，必须修改必要的单元属性，再进行不同求解。要修改单元，使用如下命令：Command: EmodifGUI: Main MenuPreprecessorModify Attrib间接法，比较适用于单向顺序耦合，例如典型的热应力分析。而物理环境方法允许在物理环境之间快速转换，对于在多个物理分析间需要全耦合多次求解的情况非常适用。

8、大变形的稳态流体结构耦合问题及感应加热是需要用物理环境方法的典型应用。注意：数据库文件的大小在多次求解的过程中会不断增长，除非采取下列措施：在创建物理环境之后执行SAVE命令，并在每一次物理场求解后RESUME恢复数据库。不要将结果写入数据库中（只写到结果文件中）。当进行后处理时需要利用SET命令将数据从结果文件读到数据库中。要激活这个选项，执行/CONFIG，NOELAB，1命令或将“NO_ELDBW=1”插入到config60.ans文件中。2.4在物理分析之间传递载荷LDREAD命令在耦合场分析中联系不同的物理环境，使得在第一个物理环境中的分析结果作为载荷，传递到下一个物理环境中求解。L

9、DREAD命令从结果文件中读取数据并作为载荷施加，下表简要地解释了当LDREAD命令读取结果数据加载到另一分析中发生的数据转换。表21结果通过LDREAD命令如何传递？哪些分析的结果变为此类分析的载荷热或FLOTRAN分析结果中的温度TEMP结构分析中的体积载荷或热分析中的节点（温度）载荷稳态、谐波或瞬态磁场分析结果的力FORC结构或FLOTRAN中作为力载荷静电场分析结果中的力FORC结构分析中作为力载荷磁场分析结果中的焦耳热HGEN热或FLOTRAN中作为体积载荷（热源）电流传导分析结果中的源电流密度JS在磁场分析中作为体载荷（电流密度）FLOTRAN分析结果中的压力PRES在结构分析中（

10、实体或壳单元）作为表面载荷（压力）任何分析结果中的反作用力REAC任何分析中的力载荷FLOTRAN分析结果中的热通量HFLU热分析中单元的表面载荷（热通量）高频电磁分析中热通量EHFLU热分析中单元的表面载荷（热通量）FLOTRAN分析结果中的对流系数及流体平均温度HFLM在热分析中作为表面（对流系数及流体平均温度）2.4.1兼容的单元类型在不同物理环境中单元兼容的准则，有许多细则要确定。在深入了解这些细则以前，需要弄清以下几个术语：单元基本形状：单元的基本形状具有缺省的配置，在ANSYS单元手册中有详细描述。对于实体单元，单元基本形状包括：四边形、三角形、六面体（砖块）、四面体。单元退化形状

11、：许多单元可以从基本形状退化。例如四边形单元可以退化成三角形，六面体单元可以退化成楔形单元、四面体单元或金字塔形单元单元阶次：ANSYS单元（P单元除外），可分为低阶（一阶）或高阶（二阶）形式。高阶单元具有中节点。低阶单元没有中间节点。有许多情况，可以生成没有中节点的高阶单元在所有的多物理环境中，单元类型必须保持相同的单元基本形状。如果一种单元允许有退化形状，在其它物理环境中对应的单元类型必须可以退化成同样的形状。例如：Solid 92（10节点四面体结构单元）与Solid 87（10节点四面体热单元）可以兼容。但Solid92与Solid90（20节点热单元）的退化的四面体单元不能兼容。在不

12、同物理环境中不同阶数的单元可能兼容也可能不兼容。使用LDREAD命令读取载荷可以确定单元的兼容性。此外，有些单元类型有特定的KEYOPT选项，支持低阶或高阶耦合载荷传递。下列载荷可以从一阶或二阶单元中读取，并加载到另一个物理环境中的一阶或二阶单元上：体积载荷温度（TEMP）；体积载荷单元热生成（HGEN）；源电流密度(TS)；表面压力（PRES）；表面热通量（HFLU）；表面对流系数及环境温度（HFLM）；需要单元阶次兼容的载荷：力载荷（FORC）反作用载荷（REAC）以下的电磁场单元支持结构单元的一阶或二阶设定：PLANE53，PLANE121，SOLID122，SOLID123。如果物理环

13、境的建立需要转换单元阶次，必须初始用高阶单元划分网格。表22列出部分兼容的单元类型。表2-2 物理环境中兼容的单元类型12结构热电磁静电流体电流传导SOLID45SOLID70SOLID97, SOLID1173SOLID1224SOLID142SOLID5, SOLID69SOLID92SOLID87SOLID98, HF1193SOLID1234SOLID98SOLID95SOLID90SOLID117, HF120SOLID122SOLID5, SOLID69PLANE42PLANE55PLANE13, PLANE534PLANE1214FLUID141PLANE67PLANE2PLAN

14、E35PLANE82PLANE77PLANE53PLANE121PLANE67SHELL63SHELL57SHELL157LINK1LINK32LINK68LINK8LINK331如果网格包含退化的单元形状，相应的单元类型必须允许相同的退化形状。例如，网格包括FLUID142金字塔单元，就与SOLID70单元不兼容。SOLID70单元不能退化为金字塔形状。2要兼容带有VOLT自由度的单元必须有相同的反力（见ANSYS Electromagnetic Field Analysis Guide中的单元兼容一节）。3需要力只支持一阶单元。4需要力时支持一阶单元需要单元KEYOPT的设定。2.4.2可

15、以使用的结果文件类型在一个间接耦合场分析或物理环境耦合场分析中，要用到包含不同类型的几个结果文件类型。所有结果文件将有相同的文件名（用/Filename命令设定或Utility Menu:FileChange Jobnane）。区分这些结果文件，查看它们的扩展名：Jobname.RFLFLOTRAN结果文件；Jobname.RMG电磁场分析结果文件Jobname.RTH热分析结果文件Jobname.RST所有其他类型的结果文件（结构及多物理场）2.4.3瞬态流体-结构分析对瞬态流体-结构分析，相应于流体边界条件逐渐改变的间隔点需要进行结构分析。例如假定要执行从2.0秒执行结构分析，进口速度从0

16、秒时的1.0in/sec渐变到4秒时的5.0in/sec。首先在2.0秒以通常的方式执行结构分析。当执行PHYSICS，READ，FLUID时（Main MenuSolutionPhysics EnvironRead）恢复流体分析，可以重新施加瞬态渐变载荷。在第2.0秒施加进口速度为3.0in/sec然后通过执行下列命令表明这是老边界条件：命令:FLOCHECK,2GUI:Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpFlocheck这意味着2.0秒的进口边界条件3.0in/sec是渐变的起点。然后输入最终的渐变载荷点，第四秒的速度5.0in/sec。利用下面方法指定渐

17、变边界条件：Command(s):FLDATA4,TIME,BC,1GUI:Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpExecution Ctrl利用通常的SOLVE命令执行瞬态分析。更多关于施加瞬态边界条件的信息，参见6。2.5使用物理环境运行一个顺序耦合场分析本节将详细描述怎样使用物理环境进行顺序耦合场分析。1创建满足所有物理环境的模型，要劳记以下几点：ANSYS实体模型的每一个面或体，都要定义对应的单元类型、材料属性、实常数。所有的实体模型图元应当有单元类型号、实常数号、材料号及单元坐标系号。（而这些编号对应的属性，在每个物理环境中是不同的。）面或体的特定分组

18、将用于两个或更多物理环境，所用模型的网格必须能满足所有物理环境。2创建物理环境，对每一物理过程执行这一步，作为耦合场分析的一部分。根据ANSYS Analysis Guide中的不同内容确定每个物理分析要设定的内容；定义每个物理过程模拟所需的单元类型（例如：FLOTRAN中ET，1，141或ET，2，142等；电磁场分析中，ET，1，13或ET，2，117等）。如果某个区域在某一物理分析中不涉及到，则设为0单元（TYPE0，ET，3，0），零单元在分析中将被忽略。定义材料属性，实常数，单元坐标系，与前面定义的属性号对应。将单元类型，材料，实常数及单元坐标系的编号赋予实体模型的面或体。使用AAT

19、T命令（Main MenuPreprocessorAttributesAll Areas or Picked Areas）或VATT命令（Main MenuPreprocessorAttributesAll Volumes or Picked Volumes）。施加基本物理载荷及边界条件。这些条件在整个迭代过程中的每一物理环境的执行中都是相同（对于稳态问题）设定所有的求解选项给物理环境选择一个标题，执行PHYSICS，WRITE命令。例如，在流体磁场分析中，你可以使用如下命令写入物理环境文件：Command: PHYSICS, WRITE, FLUIDSGUI：Main MenuPreprec

20、essorPhysics Environwrite清空数据库中当前的物理环境，准备创建下一个物理环境。通过执行PHYSICS，Clear选项。Command：PHYSICS, CLEARGUI：Main MenuPreprocessorPhysics Environclear按以上步骤准备下一个物理环境。执行SAVE命令保存数据及物理环境文件指针。假设此多物理场耦合分析的工作文件名为“Induct”，并写了两个物理环境文件，这两个文件名分别为Induct.PH1和Induct.PH2。要了解PHYSICS命令的更多信息请查阅ANSYS Commands Reference。3. 执行顺序耦合多

21、物理场分析，依次进行物理分析，例如：/solu!进行求解physics, read, magnetics !读入磁场分析，物理环境SolveFinish/solvephysics, read, fluidsLDREAD, FORCE,2,rmg !读入洛仑兹力SolveLDREAD中的扩展名确定读入的结果文件类型，热分析结果从Jobname.rth文件中读入，除电磁和流体以外的其他结果文件从Jobname.rst文件中读入2.5.1网格更新耦合场分析经常遇到场域（静电、电磁、流体）及结构域产生大变形。这种情况下，要获得耦合场的收敛解常常有必要更新非结构区域的有限元网格，使之与已变形的结构区域重

22、合并且在场求解与结构求解间进行递归循环。图2-3，表明了一个典型的静电-结构耦合的问题，需要网格更新。这个问题中，梁放在接地平板的上方，给梁一个电压引起它朝接地平板偏移（由静电力引起）。随着梁的偏移静电场也在改变，随梁与接地平板的靠近作用到梁上的作用力在增加，当静电力与梁的弹性恢复力达到平衡时则达到稳定。图23接地平板上的梁要运行这个问题的模拟要求调整网格区域使之与变形的结构网格重合。在ANSYS中这种调整称为网格随移。为实现网格随移，需要执行DAMORPH命令（修改依附于面上的单元），DVMORPH命令（随移依附于体上的单元），或DEMORPH命令（随移已选择的单元）。用RMSHKY选项定义

23、下列三种网格随移方式之一：随移-程序移动场网格的节点和单元以与变形的结构网格重合。这种情况下，不生成任何新的节点和单元，也不会从场域去掉任何节点或单元。重新划分网格-程序去掉场区域网格，并代之以新的与变形结构一致的网格。重新划分网格并不改变结构网格。程序会连接新场网格与已有变形结构网格的节点和单元。随移或重新划分网格-程序试图首先对场网格进行随移。如果随移失败，程序将变换到重新划分选择场区域。这是缺省的设定。网格随移只影响节点和单元。它不改变实体模型位置（关键点，线，面，体）。它保留节点和单元与实体模型的相关性。对选择随移的区域依附于关键点，线，面内部的节点和单元来讲随移偏移了这些图元但它们的

24、相关性仍然保留。应当留意经历了网格随移区域边界条件及载荷的施加。施加到节点和单元上的边界条件只有对随移选项是适当的。如果边界条件和载荷是直接施加到节点和单元上的，则DAMORPH，DVMORPH及DEMORPH命令要求在重新划分网格前将载荷及边界条件删除。直接施加到实体模型上的边界条件和载荷可以正确传递到新网格上。因为缺省的选项为随移或重新划分网格，最好只分配实体模型边界条件。随移算法使用ANSYS形状检查逻辑估计单元是否适于随后的求解。在得到形状检查参数随移单元时会查询单元类型。有些情况随移区域的单元类型可能为零单元（类型零），这种情况下形状检查准则不如具体的分析单元类型严格。为避免这种情况

25、，在执行随移命令前将零单元类型重新分配单元类型。在执行随移命令前结构分析的位移结果必须在数据库中。在结构分析之后结果是在数据库中的，或从结果文件读入结果之后（后处理中的SET命令）。模型的结构节点按计算的位移移动到变形的位置。如果随后要进行结构分析，应当恢复结构的节点到原来的位置。通过选择结构节点并执行带有系数FACTOR为-1的UPCOORD命令。Command: UPCOORD, FactorGUI: Main Menu:SolutionOtherUpdt Node Coord网格随移支持所有的二维四边形及三角形低、高阶单元。对二维模型所有的节点和单元必须在同一个平面。任何曲面都不支持。三

26、维，只有下列形状随移选项才支持。全部为四面体单元-（支持随移及重新划分）全部为六面体单元-（支持随移）全部为楔型单元-（支持随移）金字塔-四面体混合单元-（支持随移）六面体-楔型单元-（支持随移）网格随移对用SMRTSIZE命令选项生成的均匀大小的单元最有可能成功。高度扭曲的单元可以随移失败图24梁和空气的面模型示例了侵入静电区域的梁区域。面1代表梁模型而面2代表静电模型。在这个例子中，应当选择面2进行随移。图24 梁与空气区域的面模型很多种情况下，只有模型的一部分需要随移（就是说，结构区域的中间附近的区域）。在这种情况下应当只选择结构模型中部附近区域的面或体进行随移。图25，梁及多个空气区域

27、模型的面模型示例了有多个静电面的梁的例子。只有面3需要网格随移。为保证与非随移区域网格的相容，随移算法并不改变选择随移面或体边界上的节点和单元。在本例中，不应改变面2及面3界面处的节点。图25梁及多个空气区域的面模型在结构分析之后执行网格随移，执行下列命令：命令：DAMORPHDVMORPHDEMORPHGUI: Main MenuPreprocessor-Meshing-Modify Mesh-Phys Morphing-AreasMain MenuPreprocessor-Meshing-Modify Mesh-Phys Morphing-VolumesMain MenuPreproces

28、sor-Meshing-Modify Mesh-Phys Morphing-Elements参见2.9一节中的例子2.5.2 使用物理环境方法重启动一个分析在许多顺序耦合场分析中需要重启动某个物理环境的求解。例如在感应加热中，在顺序耦合循环中要重启动瞬态热分析。对于静态非线性结构耦合场分析，重启动结构分析也有许多好处。在顺序耦合场分析中可以很方便地重启动一个分析。重启动一个分析需要此分析的EMAT、ESAV以及DB文件。可以使用/ASSIGN命令指定某一分析的EMAT及ESAV文件。数据库文件在多物理环境耦合分析中是一致的。以下是重启动过程的简要步骤：1对于需要重启动的物理环境，在求解以前用/

29、ASSIGN命令，指定重启动的EMAT及ESAV文件；2执行重启动分析；3使用/ASSIGN命令重新指定用于其他物理环境分析的EMAT及ESAV文件的缺省值。2.6定制Multiphysics求解工具2.5节用物理环境执行顺序耦合场分析详细表述了用物理环境处理求解顺序耦合分析。多数情况下，宏命令可以用户化这种处理。本节详细叙述对具体应用的用户化求解宏。2.6.1静电结构耦合求解工具对微机电系统，由静电场产生的机械力可能很大以致于使结构产生变形。变形可以影响静电场，而且要求耦合场求解。命令宏ESSOLV是求解器工具将求解耦合的静电场及结构问题。它使用物理环境处理进行顺序分析。该宏能自动在静电场求

30、解和结构求解间进行迭代直到场及结构达到平衡。宏用2.5.1节中的随移步骤自动更新静电场网格以保证结构位移。2.6.1.1要求ESSOLV宏利用2.5节中叙述的物理环境。因此该命令宏求解工具在求解前需要创建静电物理文件及结构物理文件。该求解器工具可用于有四边形或三角形单元的二维模型，三维模型使用2.5.1节中讲述的单元形状选项。该求解器工具对单元的长宽比接近1的单元效果最好。由ANSYS的SMRTSIZE产生的网格对这种模拟就是可接受的单元形状。在求解过程中ESSOLV会对静电场区域重新划分网格。重新划分网格区域施加到节点和单元上的边界条件会丢失。因此，应当将边界条件及载荷分配到实体模型上。对实

31、体单元，ESSOLV命令自动检测空气-结构界面并对静电单元施加麦克斯韦尔表面标志。该标志用于初始从静电区域传力给结构区域。当用ESSOLV命令给结构壳单元时（例如SHELL63,SHELL93），在写最后的静电物理文件之前必须手工施加麦克斯韦尔标志给所有环绕壳的空气单元。用SFA命令施加麦克斯韦尔表面标志给代表壳单元的面。这会确保与壳单元两侧相邻的空气单元接受麦克斯韦尔表面标志。注意-如果使用了低阶次的实体或壳单元，设置KEYOPT(7)=1对静电单元类型确保力的正确传递。2.6.1.2步骤ESSOLV命令宏的使用准备如下。建立包括整个静电和结构区域的实体模型。对结构及静电区域划分网格。通过分

32、配合适的单元类型给划分网格区域创建静电物理环境，定义材料属性，定义实体模型边界条件及激励，选择方程求解器等。对结构区域设置单元类型为零单元(ET,0)。写静电物理环境到物理文件(PHYSICS,WRITE)。清除静电物理环境(PHYSICS,CLEAR)并建立结构分析物理环境，选择正确的单元类型，定义材料属性，定义实体模型边界条件及载荷，选择方程求解器及选项等。写结构物理环境到物理文件(PHYSICS,WRITE)。准备实体模型或单元的部件要随移(这个步骤是一个选项，当交互处理ESSOLV命令宏时界面出现对话框可以完成此项)。对二维分析希望将经历网格随移的静电区域的面定义成一个面部件。对三维将

33、体分类为体部件。见2.5.1节对选择的合适区域进行网格随移。对不进行网格随移的区域也定义一个部件(这个步骤是一个选项，当在界面中执行ESSOLV命令时对话框中可以交互选择)。可以选择在求解中不进行随移的静电区域中的线（二维）或面（三维）。这通常是必要的如果随移集中在整个模型的一个小的区域内（见2.5.1节）。如果结构需要预应力，准备一个初应力文件。而且，创建一个包含在初应力文件中的单元部件。初应力文件的格式参见ANSYS Basic Analysis Guide中的初应力载荷一节。执行ESSOLV宏命令。2.6.1.3求解图2-6 ESSOLV宏的数据流例题参见2.11节，静电-结构分析实例。

34、命令宏将会在静电和结构物理文件间以迭代的方式进行循环直到结构的变形和系统存储的静电能达到了规定的数值。缺省，求解在当前求解同上一次求解最大结构变形和存储的静电能的改变小于0.5%时收敛。可以用ESSOLV命令的ELECTOL和STRUTOL改变或去除收敛准则。为保证模型准备充分，通过设置ESSOLV命令的MXLOOP=1可以执行单一循环分析。成功完成问题求解后，ESSOLV宏更新结构和静电区域的节点坐标使其与结构的变形一致。返回ESSOLV前的原模型，通过RESUME命令恢复名称为_ESSOLV.DB的数据库文件。2.6.1.4后处理在后处理中查看结构及静电结果。记住ESSOLV命令对应于结构

35、位移更新结构几何模型及场域。相应地你将能够看到更新几何模型的结果。这可能导致不准确的位移；但是，所有计算的量都是正确的完全可以看其他结果。如果需要体现结构位移准确的数值，将结构返回到原来的基本形状，用UPCOORD，-1命令。要对结构结果进行后处理，执行下列：1读入结构物理环境文件：命令：PHYSICS,READGUI: Main MenuPreprocessorPhysics EnvironRead2从结构结果文件读入结果：命令: SETGUI: Main MenuGeneral PostprocLast Set3如果需要准确的位移结果，选择结构节点并返回结构原来的几何形状，用下列命令或菜单

36、路径：命令:NSELGUI: Utility MenuSelectEntities命令: UPCOORD,-1.GUI: Main MenuPreprocessorLoadsOtherUpdt Node Coord如果想要返回变形后的几何形状，执行UPCOORD，1。查看静电结果，用下列步骤。对静电结果进行后处理，执行下列：1读入静电物理环境文件：命令: PHYSICS,READGUI: Main MenuPreprocessorPhysics EnvironRead2读入静电结果文件采用：命令: SETGUI:Main MenuGeneral PostprocLast Set2.6.1.5多

37、个ESSOLV求解我们常常会遇到给定一定范围的电压计算结构的变形，可以利用ESSOLV命令以这种方式运行一系列求解。这种情况下，用*DO和*ENDDO构建一贯DO循环命令序列。必须定义新的载荷并重写相应的物理文件。对第二次及随后ESSOLV命令的调用RUSEKY必须设置为一个大于1的值。在两次调用ESSOLV命令之间不要用SAVE命令保存数据库。注意每一次结构求解都是在原来基本几何形状基础上进行的。ESSOLV不会在第二次及随后的求解中自动激活重启动功能。而且，求解不会引起任何路径相关的结构响应（诸如材料属性的非线性）对激励沿路径反向。为在第二次及随后的求解中激活重启动功能，结构重启动指令（R

38、ESTKY）应当为正（1）。对非线性结构求解，结构重启动通过从前面的收敛求解中重启动而有助于减少求解时间。2.6.2流体结构耦合求解工具命令宏FSSOLV是一个求解器工具用于求解稳态计算流体与静力结构耦合的问题。不适用于动态流体-结构相互作用（FSI）问题。利用物理环境处理的顺序分析。该宏能自动在计算流体与结构求解间进行迭代，直到场和结构达到平衡。该宏只用2.5.1节中论述的随移方法按结构位移自动更新流体区域的网格。2.6.2.1要求FSSOLV宏利用2.5节中论述的物理环境方法。因此，该命令宏求解器工具在求解之前已经创建了流体及结构物理环境文件。该求解器工具可用于二维包括四边形或三角形单元单

39、元的模型，三维模型用2.5.1节中论述的单元形状选项。该求解器工具对单元的纵横比（单元的长宽比）接近1有最好的效果。由ANSYS的SMRTSIZE产生的网格对这种模拟就是可接受的单元形状。FSSOLV不支持对流体区域进行网格重新划分，只支持随移。只能考虑结构有小的运动的情况。2.6.2.2步骤用FSSOLV宏命令需要做如下准备：建立包括整个流体及结构区域的试题模型。对结构及流体区域划分网格。通过分配合适的单元类型给已划分网格的区域，定义材料属性，定义实体模型边界条件及载荷，选择方程求解器等创建流体物理环境。对结构区域，设置单元类型为零单元（ET，0）。写流体物理环境到物理文件（PHYSICS，

40、WRITE）。清除流体物理环境（PHYSICS，CLEAR）并建立结构分析的物理环境。选择合适的单元类型，定义材料属性，定义实体模型边界条件及载荷，选择方程求解器及选项等。对流体区域，设置单元类型为零单元（ET，0）。写结构物理环境到物理文件（PHYSICS，WRITE）。准备随移的实体模型或单元部件（这个步骤使可选的，在界面中的FSSOLV命令宏对话框中可以交互进行）。对二维分析希望将经历网格随移的静电区域的面定义成一个面部件。对三维将体分类为体部件。见2.5.1节对选择的合适区域进行网格随移。对不进行网格随移的区域也定义一个部件(这个步骤是一个选项，当在界面中执行FSSOLV命令时对话框中

41、可以交互选择)。可以选择在求解中不进行随移的静电区域中的线（二维）或面（三维）。如果随移集中在整个模型的一个小的区域内（见2.5.1节），这通常是必要的。执行FSSOLV宏命令。2.6.2.3求解该命令宏在流体和结构物理文件间以迭代的方式进行循环直到最大结构变形及结果总的流体加到结构上力和力矩的变化达到一个规定的数值为止。缺省地，当所有三个值（结构位移，流体力及力矩的最大幅值）在当前与前一次迭代循环中相差小于0.5%求解即达到收敛。你可以利用FSSOLV命令的FORCTOL，MOMETOL及STRUTOL改变或关闭收敛准则。缺省地，求解中最大流体总体平衡迭代数（FLDATA，ITER，EXEC

42、命令）是由写流体物理文件时规定的。在初始的流体-结构求解之后，达到一个好的结果所需的最大流体平衡迭代数目可能减少。要指定该值，用FLUITER选项。要确保模型的条件准备充分，可以通过FSSOLV命令的MXLOOP=1只执行一次循环分析来检验。当成功完成问题的求解，FSSOLV宏按照结构的变形更新结构及流体区域的节点坐标命令。要返回FSSOLV求解前的几何模型，用RESUME命令恢复名称为_FSSOLV.DB的数据库。图2-7 FSSOLV宏的流程图表示了FSSOLV命令的数据流。本章之后有一个利用FSSOLV宏的稳态流体-结构分析实例。该例子计算了一个细铝梁侵入流动的水通道内的变形。FSSOL

43、V求解利用流体和结构的缺省收敛容差经过六次循环达到收敛。收敛结果显示梁尖端的变形与初始结构解相比变形超过20%，这揭示出递归式求解这种问题的重要性。该例子参见2.12 一节。2.6.2.4后处理可以利用通用后处理器查看结构及流体分析的结果。记住FSSOLV按照位移更新结构及流体区域的模型。因此，会看到结果显示在更新的模型上。这对位移的表示是不准确的；然而，所有其他计算量是正确的可以查看。如果需要结构位移的准确表示，通过UPCOORD，-1返回到原来的模型。查看结构物理环境文件，执行下列：1读入结构物理环境文件：命令: PHYSICS,READGUI: Main MenuPreprocessor

44、Physics EnvironRead2读入结构结果文件：命令: SETGUI: Main MenuGeneral PostprocLast Set3如果要求位移的准确表示，选择结构节点并用下列命令或菜单路径返回到原来结构的模型：命令:NSELGUI: Utility MenuSelectEntities命令: UPCOORD,-1.GUI: Main MenuPreprocessorLoadsOtherUpdt Node Coord后处理流体分析结果，执行下列：1读入流体物理环境文件：命令: PHYSICS,READGUI: Main MenuPreprocessorPhysics Envi

45、ronRead2读入流体结果文件：命令: SETGUI: Main MenuGeneral PostprocLast Set2.6.2.5多个FSSOLV求解经常会遇到要计算一系列流体力作用的结构变形。可以利用FSSOLV命令按这种方式进行顺序求解。这种情况下，利用*DO及*ENDDO命令构建一个DO循环命令序列。必须定义新的载荷并写相应的物理文件。对第二次及随后引用FSSOLV，RUSEKY必须设置为一个大于1的数。在FSSOLV调用间不要用SAVE命令保存数据库。注意每一次结构求解都是从原始形状开始的。FSSOLV不会在第二次及随后的求解中自动激活重启动功能。因此，求解不会引起任何路径相关

46、的结构响应（诸如材料属性的非线性）对激励沿路径反向。为在第二次及随后的求解中激活重启动功能，结构重启动键（RESTKY）应当取正值。对非线性结构求解，结构重启动通过从前面的收敛求解中重启动而有助于减少求解时间。2.7 使用间接方法进行热应力分析的实例本节描述了一个利用间接方法进行热-应力分析的简单例子2.7.1 问题描述一个长厚壁双层圆管，内壁温度为Ti，外壁温度为To，其他参数如下图所示。求解温度沿径向的分布，轴向应力及环向应力。几何属性载荷材料属性内圆柱(钢)外圆柱 (铝)a = .1875 in.Ti = 200FE = 30 x 106 psiE = 10.6 x 106 psib = .40 in.To = 70F= .65 x 10-5 in/inF= 1.35 x 10-5 in/inFc = .60 in.= 0.3= 0.33K = 2.2 btu/hr-in-FK = 10.8 btu/hr-in-F间接方法进行本问题分析基本步骤如下：1定义并求解热分析问题；