随着有限元技术的发展和用户要求的提高，各大有限元软件都含有流固耦合模块，其主要用于液体、理想气体和JWL 的模拟，本文着重介绍ABAQUS 中理想气体状态方程的功能和应用。
为了验证ABAQUS 理想气体状态方程模拟气体压缩的正确性，首先利用其模拟简单的气体压缩过程，并获得该过程中气体的状态变化曲线（仿真曲线）；然后通过Matlab 求解该模型理论上的气体状态方程，并获得数值解（理论曲线）。将仿真曲线和理论曲线进行对比，发现二者非常吻合，证明了ABAQUS 模拟理想气体状态的可信性。在此基础上，将其用在某产品上的流固耦合分析。
在ABAQUS 有限元分析软件中，气体压缩方程为：
其中：Δp：气体压强的增量，初始增量为零，ODB文件输出的压强 pD
Pa：初始的气体压强，标准大气压为Pa a p 5 1.01310 ´
θ：气体温度，初始温度设为20℃，ODB 文件输出的温度 q
在分析时，需要在定义系统的绝对零度值，如图1 所示
建立如图2所示的装配图，气体在一个封闭的环境内受到活塞的压缩。假设整个过程没有任何能量的损失，及活塞气体和活塞之间没有热传递，且活塞以一定的速度向前运动。
在设置模型过程中，活塞和气体之间的接触通过inp文件的关键字实现，经过实践证明，这样的定义方式可以有效避免气体的泄露。其定义过程为：
*******************为气体分配材料属性**********************
*Initial Conditions, type=VOLUME FRACTION
Set-inner-gas, gas-1.gas-inner, 1.
******************定义气体的欧拉接触面********************
*Surface, type=EULERIAN MATERIAL, name=inner-gassurface
******************定义活塞和气体之间的接触******************
inner-gassurface,Surf-contact-huosai
***************************************************
通过仿真计算后，在压缩结束时刻，气体的压强和温度如图3和图4所示。
上节模拟的气体压缩过程是一个“等熵过程”它的气体状态参数关系为：
其中k 为等熵指数，这里取k=1.4，T 为绝对温度k。
如图2 所示，气体在初始状下体积
，活塞投影面
，代入式（2）后气体压缩理论方程为
采集967 号节点的压强和温度，并绘制曲线（仿真曲线）。结合式（3）、（4）、（5）、（6），利用 Matlab 软件绘制出压强增量Δp和气体温度θ与h之间的曲线（理论曲线）。将ABAQUS 的仿真结果和理论计算结果进行对比，二者变化曲线如图5 和图6 所示。
图5 和图6 中蓝线表示的是用气体状态方程计算的气体参数曲线，红线表示的是ABAQUS 有限元软件仿真模拟的参数曲线，从图可以看出，两条曲线基本是重合的，因此ABAQUS 有限元软件在模拟理想气体状态方面具有非常大的可靠性。
某产品的结构如图7 所示，它有筒体、活塞头和筒盖组成，筒内密封有空气。筒盖的材料是一种脆性塑料，筒体和活塞头认为是刚体。当活塞头压缩前面的空气并达到一定的气压时，筒盖就会破裂。利用ABAQUS的流固耦合模块，计算出活塞头移动多少距离时，筒盖会破损。
脆性材料采用Brittle Cracking的失效准则，模拟出筒盖破损的状态如图8所示。
通过计算比较，ABAQUS有限元软件在模拟理想气体状态方程上，有着很高的可信度，它的模拟结果和理论上的状态方程基本重合。因此在实际操作中，结合材料的变形和失效，它可以模拟多种情况下的流固耦合问题。但是，在流固耦合分析中，应尽量细化网格，否则不能真实的模拟由于边界的变形而导致气体形状的改变。
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