ANSYS流-固耦合计算方法解析

流固耦合，是研究可变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流场影响这二者相互作用的一门科学。它是流体力学 (CFD) 与固体力学 (CSM) 交叉而生成的一门力学分支，同时也是多学科或多物理场研究的一个重要分支。

流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流体运动，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色 色的流固耦合现象。

ANSYS流固耦合的仿真策略

当你研究的问题，不仅涉及到了流场的分析，还涉及到了结构场的分析，而且二者之间存在着明显的相互作用的时候，你就考虑进行流固耦合分析。

ANSYS目前主要提供了两种流固耦合仿真策略：

（1）基于结构模块+Fluent+系统耦合器

该方法在Fluent中完成流场求解，获得流场的压力；在结构模块（稳态或瞬态）完成固体场求解，获得变形，然后通过系统耦合器完成数据的交互传递，该方法，即可以完成单向流固耦合计算，也可以完成双向流固耦合计算，但是在同一时刻，只有一个场在求解，双向流固耦合的求解时间较长。

（2）基于LS-DYNA软件完成流固耦合计算

LS-DYNA支持ICFD求解器与其自身的固体力学求解器之间的耦合。ICFD求解器适用于五大行业多物理场应用：

• 汽车行业，LS-DYNA传统应用领域，ICFD可针对热-结构耦合的外部空气动力学分析提供解决方案；

• 制造行业，ICFD可应用于冷却相关分析，例如金属冲压，电池组的冷却等；

• 能源行业，尤其是风能行业。对拥有准确空气动力学预测的风力涡轮机进行FSI分析；

• 航空航天，ICFD在降落伞仿真领域的最新研发进展，可以说这是一种最为先进的成果，包括流体与由多孔介质材料构成的结构之间的耦合；

• 生物医学行业，如今越来越多的公司借助LS-DYNA深耕医学行业，以更好地设计产品以及更深入地了解未来趋势，特别是在心脏起搏器、心率失常电生理模拟、人工瓣膜流固耦合、形状记忆合金血管支架等领域，LS-DYNA FSI耦合具有独特的优势。

此外，也可以通过使用ALE方法，完成流固耦合计算，以上方法均通过关键字完成设置，也只使用LS-DYNA的一个求解器，但是学习起来稍微困难一些。

作者：张老师  仿真 xiu优秀讲师