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ANSYS流固耦合分析实例


ANSYS流固耦合分析示例

教程大纲
在这个教程中您将学到:
– – – – 移动网格 流体-固体相互作用模拟 运用ANSYS-MultiField模拟 同时处理两个结果文件

问题概述
在这个教程中,运用一个简单的摆动板例题来解释 怎样建立以及模拟流体-结构相互作用的问题。其 中流体模拟在ANSYS C

FX求解器中运行,而用 ANSYS软件包中的FEA来模拟固体问题。模拟流固 相互作用的整个过程中需要两个求解器的耦合运 行,ANSYS-MultiField求解器提供了耦合求解的平 台。

模拟中固体问题的描述
开始模拟 1. 运行ANSYS Workbench 2. 点击Empty Project将出现Project界面,在此 界面中有一个一个未存储的Project 3. 选择File>Save 4. 把目录设在你的工作目录,文件名设为 OscillatingPlate 5. 点击Save 6. 在Project界面左边工作面板的Link to Geometry File下,点击Browse,打开所提供 的OscillatingPlate.agdb文件 7. 确认OscillatingPlate.agdb被选(高亮显示), 点击New simulation

模拟中固体问题的描述
建立固体材料 1. 当模拟界面展开,在模拟界面左边的目录树中展开 Geometry 2. 选择Solid,在底下Details窗口中,选择Material 3. 紧连材料名Structural Steel,用鼠标选择New Material 4. 当Engineering Data窗口出现,鼠标右击New Material, 并重命名为Plate 5. 设置Young’s Modulus(杨氏模量)为2.5e06 [Pa], Poisson’s Ratio(泊松比)为0.35,Density(密度)为 2550[kg m^-3] 6. 点击位于Workbench界面上方的Simulation以回到模拟界 面

模拟中固体问题的描述
基本分析设置 1. 从工具栏选择New Analysis>Transient Stress 2. 选择Analysis Settings,在 Details窗口,设置Auto Time Stepping为off 3. 设置Time Step为0.1 [s] 4. 在整个窗口底边靠右的Tabular Data面板,设置End Time为5.0

模拟中固体问题的描述—加入载荷
固定支撑:为确保薄板的底部固定于平板,需要设置固定 支撑条件。
1. 2. 3. 右击目录树中Transient Stress,在快捷菜单中选择Insert > Fixed Support 用旋转键 旋转几何模型,以便可以看见模型底面(lowy),然后选择 并点击底面(low-y) 在Details窗口,选择Geometry,然后点击No Selection使 Apply按钮出现(如果需要)。点击Apply以设置固支。

模拟中固体问题的描述—加入载荷
流固界面
1. 右击目录树中Transient Stress,在快捷菜单中选择 Insert > Fluid Solid Interface 用旋转键 旋转几何模型,以 便可以方便的通过 钮在流固 界面上选择三个面(low-x, high-y and high-x faces), 注意这样会自动生成1个流固 界面。

2.

模拟中固体问题的描述——加入载荷
压力加载
1. 右击目录树中Transient Stress,在快捷菜单中选择 Insert > Pressure 在Geometry中选择low-x面 在Details窗口,选择Magnitude,用出现的箭头选择 Tabular(Time) 在整个视窗的右底边Tabular Data面板,在表中相对应于 时间为0 [s]设置压力为100 [pa] 表中需要继续输入两排参数,100 [pa]对应于0.499 [s], 0 [pa]对应于0.5 [s]

2. 3.
4. 5.

模拟中固体问题的描述—记录ANSYS输入文件
现在,模拟设置已经完成。在Simulation中ANSYS MultiField并不运行,因此用求解器按钮并不能得到结果 1. 然而,在目录树中的高亮Solution中,选择Tools > Write ANSYS Input File,把结果写进文件OscillatingPlate.inp 2. 网格是自动生成的,如果想检查,可以在目录树中选择 Mesh 3. 保存Simulation数据,返回Oscillating Plate [Project]面 板,存储Project

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField

创建一个新的模拟:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 开始ANSYS CFX-Pre. 选择File > New Simulation. 选择 General 并点击 OK. 选择 File > Save Simulation As. 在File name栏, 敲入 OscillatingPlate. 点击 Save.

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField

输入网格
1. 2. 3. 右击Mesh 并旋转 Import Mesh. 选择提供的网格文件OscillatingPlate.gtm. 点击Open.

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
设置仿真类型: 1. 选择 Insert > Simulation Type. 2. 应用以下设置: 3. 点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
建立流体物质 1. 选择 Insert > Material. 2. 把新物质名定义为 Fluid. 3. 应用以下设置

4. 点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
创建域:为了使ANSYS Solver能够把网格变形信息传递给 CFX Solver,在CFX中必须激活网格移动。 1. 重命名Default Domain为OscillatingPlate,并打开进行编 辑 2. 应用以下设置

3.

点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField

创建边界条件 ? 流体外部边界
1. 2. 创建一个新边界条件,命名为Interface. 应用以下设置

3.

点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
? 对称边界条件
1. 2. 创建一个新边界条件,命名为Sym1. 应用以下设置

3. 4. 5.

点击OK 创建一个新边界条件,命名为Sym2 应用以下设置

6.

点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
设置初始值
1. 2. 点击 Global Initialization 应用以下设置

3.

点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField

设置求解器控制 1. 点击Solver Control 2. 应用以下设置

3. 点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
设置输出控制 1. 点击Output Control 2. 点击 Trn Results 键 3. 创建一个瞬态结果,用默认的文件名 4. 对 Transient Results 1应用以下设置

5. 6.

点击 Monitor 键 选择Monitor Options

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField
7. 在Monitor Points and Expressions下 a. 点击Add new item ,采用默认的名字
b. c. d. 设置 Option 为 Cartesian Coordinates 设置 Output Variables List 为Total Mesh Displacement X 设置Cartesian Coordinates为[0, 1, 0]

8.

点击OK

设置流体问题、在ANSYS CFX-Pre中设置ANSYS MultiField

输出求解器文件(.def) 1. 点击Write Solver File 2. 如果 Physics Validation Summary 对话框出现,点击 Yes 以继续 3. 应用以下设置

4. 5. 6.

确选择是 Start Solver Manager ,点击 Save 如果发现文件已经存在,点击Overwrite 退出ANSYS CFX-Pre,自己决定是否存储模拟文件 (.cfx)

通过 ANSYS CFX-Solver Manager 获 得结果
ANSYS Multifield simulation的运行需要CFX和ANSYS联 合求解 确认Define Run 对话框出现 在 MultiField 键, 确认 ANSYS 输入文件地址是正确的 确认ANSYS Install Root 设置是正确的 点击Start Run

1. 2. 3. 4.

通过 ANSYS CFX-Solver Manager 获得 结果
ANSYS输出文件 1. 点击User Points 键,观察薄板上部随着求解怎样变形 2. 当求解完成, ANSYS CFX-Solver Manager 会弹出一个 对话框通知你,点击Yes 以继续 3. 如果在standalone模式下运行 ANSYS CFX-Solver ,关 闭 ANSYS CFX-Solver Manager

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
在固体薄板上观察结果 1. 显示Boundary ANSYS(在 ANSYS > Domain ANSYS中) 2. 对 Boundary ANSYS进行如下设置

3. 4.

5.

点击Apply 选择Tools > Timestep Selector ,打开Timestep Selector 对话框 选择 value 值为1 [s] ,点击Apply

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
相应的瞬态结果被加载,可看到网格在CFX和ANSYS区中移动 1. 2. 3. 去除 Boundary ANSYS复选框的选择 创建等值线,设置Locations 为Boundary ANSYS 和Sym2, 设 置 Variable为Total Mesh Displacement,点击Apply 打开Timestep Selector 对话框,选择 value 值为1.1 [s]

这样可以验证Total Mesh Displacement在CFX和ANSYS区域中 是连续变化的

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
接下来 1. 打开Timestep Selector 对话框, 选择 value 值为1.1 [s] 2. 置鼠标于浏览器中背景颜色显示的 地方,右击,选择Deformation > Auto 3. 为真实的反映变形,右击, 选择 Deformation >True Scale

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
创建动画 1. 去除 Contour 1复选框选择 2. 显示 Sym2 3. 对 Sym2应用以下设置

4. 5.

点击Apply 创建一个矢量图,设置Locations为Sym1,设置Variable 为 Velocity,设置Colour 为 Constant 并为黑色 ,点击 Apply

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
6. 7. 8. 9. 显示 Boundary ANSYS,设置 Color 为 constant blue. 右击浏览器的空白区域, 选择 Predefined Camera > View Towards-Z,放大薄板以清晰的观察 点击 Animation ,动画对话框将出现 在动画对话框
a. b. c. d. e. 点击 ,创建KeyframeNo1 在Keyframe Creation and Editing列表突出KeyframeNo1,然 后# of Frames设为48 在时间步数选择器加载最后一步,value为50 点击 ,创建KeyframeNo2 点击More Animation Options ,展开Animation对话框

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
f. 点击Options 钮 g. 在 Options上,设置 MPEG Size 为 720 X 480 (NTSC) h. 点击Advanced键,然后设置 Quality 为 Custom i. 去除 Variable Bit Rate ,设置Bit Rate为3000000 j. 点击 OK k. 选择 Save MPEG l. 点击 Browse ,设置MPEG 文件存储路径 m.点击 Save

通过 ANSYS CFX-Post 观察结果
n. o. 点击 Beginning 以加载,等待加载 点击Play the animation

10. 完成后,退出ANSYS CFX-Post


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