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弹性血管流固耦合教程


基于 Ansys12.0 的 Workbench 血管流固耦合之最详尽小火车之旅 Workbench, 血管, 小火车, 耦合 Workbench, 血管, 小火车, 耦合 承蒙“水若无痕”版主信任,我把我做过的血管流固耦合以小火车的形式发出来,与大家共同讨论学习。 首先概述一下: 1:血管建的比较短,这样单元会少些,调试比较方便,但效果可能没官方视频的好看,但原理步骤没 错就行 2:原来流体为自己建的 Blood,为可压缩流体,我自己试了下,用 Water 也可以,所以就简化了建新材 料这一步 3:我用的是 Ansys12.0 版本,我建的模型保存成多种格式,欢迎大家下载做着玩玩

图1

geometry.rar (31.03 KB)

A:首先打开 Ansys Workbench 拖出各个模块,连接关系如下图: 实际上可以在 Transient Structural 的 setup 上面点右键, transfer data to new simulation FLOW(CFX)同样可 以建立新的 CFX 分析模块,而且不用自己连线,本图

图 2

B:可双击 Engineering Data 编辑材料,因为进入 Ansys 结构部分设置时候要用到血管材料,默认是结构 钢,太硬了,所以要自己重新设材料,这点很重要!

图 3 的这个对号加小箭头的状态只调试出来一次,其他的都没弄出来过,索性全部给 updata 了

图 3

C:单击我画的第一个大圈(左列) ,右击我画的第二个大圈(左列)——Duplicate,复制一个同种材料。 在复制的材料 复制的材料后面框里有链接 链接,这个链接是链接到材料库的,右键把链接打断,我是这么做的。如果双 复制的材料 链接 击 Engineering Data 看不到我图中的界面的话,可以在主菜单中——View——Properties 以及接下来的两 个选项给选上就可以看见了。改好材料后可以把对新材料重命名,用右键。然后再主菜单上点击 update project,材料就可以在材料设置里用了。
图 4D:更改密度,杨氏模量,和泊松比。重命名。上一步给出了怎么保存修改结果

Ansys model 部分,这里是不需要用到流体部分的,不需要删掉,只要右键对它 Suppress 就可以了。单击 Pipe,可以在下面设置材料 图 6 也不是必须空缺 Analysis Settings,如果这里不给出,到 CFX 中会提示错误,但是没有任何影响, 在 CFX 里面设置就可以 遵照教程,是在 CFX 中给出的
图 5E:这个是

图 6

F:对血管加约束,可以把两端完全约束,对称面部分在垂直面内不可运动,也可以所有平面部分都完 全约束,这个没关系,都可以计算。
图 7G:右键插入流固耦合面,当然就是流体固体接触面了

图 8

H:注意还要指定 fsi 需要求解什么量,我这里给出了要求 Von mises 和全部变形,也就是在 CFX-POST 中可以看到固体的神马结果,否则只能观察流体的输出结果。 然后要保存*.inp 文件(如果将 structural 中的 setup cell updata 的话,保存 inp 文件不是必须的) ,这个就 是进行流固耦合的 Ansys 部分求解文件,保存时如果 Tools 菜单下保存按钮不可用可以点一下下面的 ——solution,当然做这个之前保证各部分设好了: 1)只有血管壁模型有效; 2)划分网格,这个网格与流体部分是独立的,没有形状要求; 3)施加约束; 4)定义流固耦合面; 5)设置 Ansys 求解项;最后保存就好了

图 9

I:打开 CFX,由于是在 Workbench 下运行的,所以模型都是直接自动导入的(不包括 Ansys 结构文件) , 下图是我设置好的概图

图 10

J:Analysis Type 的设置,看我在图中画的圈,仔细设置,一般不会有错。这里要设置为流固耦合瞬态分 析,导入之前保存好的 Ansys 结构输入文件。 如果在前面将 structural 中的 setup updata 的话,图 11 第一个圈这里将会出现 ds.dat 的文件,是由固体自 动传过来的。如果没有 updata 的话,这里可以导入之前写好的 inp 文件。

图 11

K:Default Domain 设置,注意要选择材料

图 12

L:建立一个表达式,我的图里面建了三个,第一个是我建 Blood 材料用的可压缩材料的密度函数,为 了简化,用水也可以,所以大家不用写这个。只要第二个 Pin,这是要用的一个脉冲压强,给血管一个 脉冲。建好后检查函数曲线——M 图。 1666[Pa]*step((0.01[s]-t)/1[s])*sin(pi*t/0.01[s]) areaAve(p)@out 1

图 13

M:按下图设置,目的是为了查看压力脉冲信号

图 14

N:上一幅图左下角的 Plot Expression 按钮显示压力脉冲曲线,图 N 左下角的 Define Plot 则可以退回上 一步重新设置参数

图 15

O:设置边界条件,入口设为 Opening,参数用表达式,就是之前图 L 设的 Pin,表示入口为压力脉冲

图 16

P:出口也设为 Opening,出口压力 0Pa

图 17

Q:对称面的设置 Symmetry

图 18

R:流固耦合面得设置,这个设置就是用来传递流体与固体的相互作用的

图 19

S:初始化赋值

图 20

T:求解控制设置,基本不需要改动,对照查看下

图 21

U:求解控制设置 2,请对照设置耦合控制步数

图 22

V:求解输出项控制,这一步很重要,请看准要求解的三个参数,设置错误就得不到想要的结果

图 23

W:设置监控,为了查看关心的参数在计算过程中的显示,个人认为不影响计算结果,自己设置。 以上全部设置完毕就可以保存设置计算了, 不用另存, Workbench 会直接将数据进行传递。 Workbench 在 中启动求解,不用多余的设置,直接求解。求解完后进入下面的后处理部分。

图 24

POST-1:后处理部分,在 Workbench 下直接打开后处理,结果会直接导入,勾选我画的圈,显示血管壁 和对称面

图 25

POST-2: 1) :显示血管壁和对称面后,分别在对称面和血管壁上右键-Render-Show Mesh Lines 目的是显示网格; 2) :分别在对称面上和血管壁上右击,对称面—Colour-Pressure 显示压力图;血管壁-Colour-Von mises 显示应力图

图 26

POST-3:在空白处右键-Deformation-2*Auto,目的是放大变形,因为实际的变形很小,放大后效果才会 很明显

图 27

POST-4:查看各个时间步的变形结果,如果你看到对称面与血管壁同步变形的话,恭喜你,你已经完成 血管的流固耦合了!

图 28

楼主我是新手,我照着你的方法做到最后一步,但不知道怎么在 WB 中启动求解,一直无法计算,我的 截图是正确的吗?

图 29

看了一下你的截图,为什么有限元设置部分里-setup 后面也打了勾呢?设置好有限元部分就要保存了, 不要求解的。启动耦合求解:在 CFX 做完设置后在 Workbench 界面里 CFX-pre 下面的求解-solution 双 击,弹出求解窗口,点击 run 就可以了 43# no_feat 你看下 42#截图,在最初准备阶段就要把这个框架给建好,然后你建好模型,mesh 等都会被自动导入下 一步,不会没有模型的,是不是你的框架不对还是在进入 cfx 之前网格部分没有准备好?要看到 cell 上 面打钩才对! 44# wanglifeng9 我又做了好几遍,感觉有以下几点: 1.从开始到导出.inp 没有什么问题(中途不要划分单元,不要设定时程,点一下 solution,再点 tool 输出)。 2.我是双击 mesh 设置 cfx 的网格的,但网格包括了管壁和水,这样进入 cfx-pro 也包括管壁和水,我没 有学过 cfx,这样做不知道对不对? 3.cfx-pro 的设置中我发现我的界面与楼主截图不一样, 我的边界设置有紊流度选项, 可能是版本的问题。 4. 求 解 时 报 错 , 程 序 认 为 pin 函 数 的 单 位 是 s 应 该 为 pa , 我 反 复 检 查 1666[pa]*step((0.01[s]-t)/1[s])*sin(pi*t/0.01[s])的单位的确是 pa,不知道为什么会出现这种情况? 你的第二副图有问题,建好模型双击 mesh,打开划分网格界面,按照 CFX-mesh 规则划分好网格后,应 当 mesh 后面是打钩的,没打勾的话在你图片的那个界面没打勾的 mesh 上面右键,选择 update 就行了; Ansys 设置好后不要求解,用 tools——save 保存,如果保存项不可用,点一下结构树上的 solutions 就可 以了,不要求解,保存项可用时加以保存,记住保存位置! 47# wanglifeng9 1:有限元分析必然要划分单元的,这个单元划分与流体的不同,是独立的,不要设定时间,时间由 cfx

求解控制,点 solutions 为了使得 tools 下保存可用,因为有时候保存按钮不可用,不是为了求解 2:你要先学习下画简单的流体网格,帮助文件里的 CFX——mesh 部分有教程,你需要练习下,进行流 体或固体划分网格时要把不用的部分给禁用 3:层流紊流都可以算,但是个人认为层流比较好算,调试时间短,先做层流,做好了再做紊流 4:前面的问题先解决吧,这个你自己调试下,我也不是很清楚,调试出脉冲信号曲线才行 51# no_feat 楼主,我又有问题了,我设置好了提交计算,计算出错,这个错误提示信息,你给看看

图 30

每次求解前可以把之前求解的结果删掉,方法:solutions 右键选择 clear generation Data 就可以了 如果 这样还是解决不了,就是别的方面你设置错误了,不是通过你给的图片能够判断的 62# wanglifeng9


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