流固耦合教学.docx

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1、1、翻开ANSYS Workbench, 拖动各模块到空白区，并照此连接各模块。22、翻开第一个模块当中的Geometry，建立几何模型：（1） 在XY Plane内建立Ship Shell将第一个Solid重命名为Ship Solid在Concept中选择Surfaces From Faces，选中模型的六个面，然后Apply、Generate。重命名第二个Ship Solid为Ship Shell右击Ship Solid, 选择Hide Body，显示Ship Shell, 然后对Ship Shell执行同样操作即隐去（2） 在YZ Plane内建立液舱单击New Plane，选择YZ p

2、lane，Apply一下将YZ Plane 向X正方图中为法向，即ZGenerate一下，然后Show body 一下Ship Solid 及Ship Shell 可以看到YZ Plane已平移到Body内了再将Ship Solid 及Ship Shell 都Hide，选择Plane 4，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 草图单击约束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水平与Vertical垂直就OK了。以水平约束为例，先单击Horizontal，再依次单击草图中的

3、水平线段。调整后如下列图所示：定义尺寸：左下角空缺的局部是预留贴“应变片的局部，需要单独建模单击Extrude拉伸，设置Operation下拉列表中改选为Add Frozen及拉伸尺寸： 然后Generate一下将第三个Solid重命名为Fluid，拉伸后的效果如下：再新建一个Sketch，显示，在空缺处画一个长方形，然后拉伸，其中Operation属性同样选为Add Frozen，Generate一下，同样把第四个Solid重命名为Fluid建立舱壁：在Concept中选择Surfaces From Faces，选中除“应变片外的其余9个面图中“应变片显示为未着色，即不选中，然后Genera

4、te一下将第五个Fluid重命名为Fluid Shell再Surfaces From Faces一次，选中“应变片，Apply，Generate，同样将其重命名为Fluid Shell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Form New part，并重命名为Fluid再选中舱壁Fluid Shell 也组成一个part，并重命名为Fluid Shell到此，液舱内流场及舱壁就建完了，然后将二者都执行Hide body（3） 在ZX Plane内建外流场选择，调整为正视，旋转坐标系先确定外部尺寸，再确定内部尺寸：外部流场关于坐标轴

5、横轴对称，两边各距离横轴拉伸Extrude一下，拉伸长度为船长，即0.4m ，其中Operation选择Add Frozen，Generate一下图中显示外流场把船体的位置给空了出来，将重命名为Out Fluid，同时将属性改为Fluid 接下来进展流场切分Slice：在Tools中选择Freeze，产生透明效果单击Slice或者在Create中单击Slice，在Slice Type中选择Slice by surface，点击Target Face，选中船体所在位置即图中外流场所空出来的位置内侧某一个面以左侧面为第一个面为例，Appy一下。在Slice Targets中选择Selected B

6、odies，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局部。再分别以船体所在位置内侧以逆时针第二、第三、第四个面为Target Face，同样进展切分操作。最终结果如下所示：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Out Fluid：将Ship Solid、Ship Shell、Fluid及Fluid Shell局部同时show body，可以看到整个模型包括外流场、船体、液舱及内流场至此，几何模型建立完毕，退出，在project中保存，命名为3、 材料设置点击翻开Engineering Data，单击，选择，在表中找到构造钢

7、Structural，右击，选择Add to B2，单击返回设置Structural Steel 1的材料参数这里只对Density密度与Youngs Modulus弹性模量进展设置：表中找到以下两个参数，并照此设置这代表刚性同样对Structural Steel 2进展设置，密度一样，弹性模量改为2E+10，这表示为弹性相对Structural Steel 1单击，回到Project，并保存4、 网格划分及加载（1） 点击Model，即翻开将Ship Solid、Fluid、Out Fluid进展Suppress，点击Ship Shell，进展如下设置点击Fluid Shell，把子项中全部

8、选上，进展如下设置Hide一下Ship Shell，先划液舱的网格右击mesh，在Insert中选sizing，先选中除及“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及“应变片共局部，每条边撒9个点由于“应变片边长也为0.01mShow 一下Ship Shell，同样对Ship Shell划分网格先对船长方向的四条边划分，等分为36份再同时选中剩下的8条短边，等分为10份右击mesh，在Insert中选Method，在模型框蓝底中右击，选Select All，Apply一下右击mesh，左击Generate Mesh，生成网格假设需查看液舱的网格，那么Hide一下Sh

9、ip Shell，再单击一下mesh即可（2） 约束及时间步长的设置单击Analysis Settings，然后进展如下设置施加重力：单击，选择Standard Earth Gravity施加3个流固耦合：单击，选择Fluid Solid Interface，重复操作3次单击第一个Fluid Solid Interface，选中液舱的6个面“应变片处不要选，Apply单击第二个Fluid Solid Interface，选中“应变片，ApplyShow一下Ship Shell单击第三个Fluid Solid Interface，选中长边所在的四个面，Apply再选中Ship Shell的全部短

10、边所在的两个面，单击，选择Displacement在Detail of Displacement 中限制Y方向位移为0，其他不作设置这是因为浪沿着x方向，按理y方向不应该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，再进展一个反正弦运算即可得到横摇角弧度值，假设需要度数，那么还需乘以360再除以2，具体操作方法为：右击Solution，如下选择定义两个：点击第1个Deformation Probe，选中第1个点图中所示，Apply并在具体属性中设置点击第2个Deformation Probe，选中第2个点图中为第一个点右侧的点，Apply，同样在具体属性中设置监测模型的应

11、力应变：右击Solution，如下选择再右击Solution，如下选择得到应变及应力监测模块至此，构造模块设置完毕，退出Mechanical，右击Model，单击update，对setup执行一样的操作，保存一下，然后退出（3） 流体局部的网格划分点击Fluid Flow下的Mesh，进入流体域的网格划分在流体域中不对构造局部设置，故须将构造局部Suppress ，只保存Fluid与Out Fluid先划分内流场Fluid的网格，故将外流场Out FluidHide一下划分网格的具体步骤不再赘述，看图即可接着然后Show一下Out Fluid，同时Hide一下Fluid从左往右划分Then这局

12、部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及定义恰恰相反，这个问题可以通过Detail of Edge Sizing下的Reverse Bias来解决，点一下Reverse Bias右边的选项框，然后同时选中变化相反的几条边，Apply一下即可以后遇到类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这局部是最上面的Then这局部是最下面的Then这局部是中间的要求船舶运动具有较好的精度，需加密网格Then这局部是外流场宽度方向的网格，划分的时候可将坐标系旋转至适宜位置Show一下Fluid右击Mesh，在Insert中选择Mapped Face Mesh

13、ing，在模型所在蓝色区域右击，选择Select All，Apply一下；在工具栏中单击Generate Mesh或在Mesh中找到Generate Mesh注：生成网格后可能会发现网格仍然不整齐或者局部区域变形严重等现象，我在初次做这个例子的时候也遇到这个问题，经检查发现，网格本身划分没错误，规整六面体网格类型的设置也是对的，但假设将所有的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） 流体域边界定义在上一项的根底上，将Out Fluid 隐去，在Fluid中进展如下操作空出“应变片在蓝色区域右击，选择Create Named Se

14、lection，命名为FSI1对应于构造模块中的Fluid Solid Surface1用同样的方法定义“应变片为FSI2Show一下Out Fluid，为便于查看，可以点一下mesh，再点一下选中及船相邻的4个面 用上述同样的方法命名其为FSI3用同样的方法将Out Fluid顶部的面选中，并命名为Out将Out Fluid首部面选中，并命名为moving wall 推板将Out Fluid底部的面及尾部面选中，并命名为wall分别将Out Fluid前面及反面选中，分别命名为sym1与sym2意思是对称面或镜像面至此，流体域的网格划分及设置完毕，退出，回到Project，update一下m

15、esh，保存，退出Project将已保存好的try-2021 .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展5、Fluent中的流场参数设置及初始化在副本中翻开Fluent，即点击Fluid Flow模块下的setup，如下列图，选择Parallel并行计算然后点击OK，进入Fluent 按四核配置进展设置，如果是单核的话，选择Serial即可这局部设置相对容易，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秒设置完后退出并保存6、流固耦合设置System Coupling点击System Coupling模块下的，进入流固耦合设置，设置过程很简单：第一个需要设置流固耦合迭代时间步长，须跟Mechanical与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，保证数据传递的双向性。设置完以后点击update project，然后开场进展流固耦合计算，这一局部的设置过程及后处理详见李辰师兄的视频讲解，在这就不赘述了本文根据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第 12 页