流体 - 结构耦合

流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉产生的力学分支。

顾名思义,它是一门科学研究变形固体在流场作用下的相互作用以及固体形式在流场上的相互作用。

流固耦合力学的一个重要特征是流固耦合:变形的固体在流体载荷下会变形或移动,而变形或运动又会影响流场,从而改变流体。

负载的分布和大小。

正是这种相互作用将在不同条件下产生各种流固耦合现象。

流固耦合问题可以通过其耦合方程来定义。

这组方程的域具有流体和固体域。

未知变量包含描述流体现象的变量和包含固体现象的变量。

通常,它们具有以下两个特征:1)流体和固体区域都不能单独解决。

2)不可能明确地切断流体运动的描述。

描述固体现象的自变量和自变量一般来说,流固耦合问题可以根据它们的耦合机制分为两类:第一类问题的特点是耦合效应仅发生在两相界面上,方程耦合是通过两相耦合表面的平衡和协调引入的,例如气动弹性,流体动力学弹性等。

第二类问题的特征在于两个区域部分或完全重叠并且难以清楚地分开,因此需要针对特定​​物理现象和耦合建立描述物理现象的方程,尤其是本构方程。

通过描述问题来区分效果。

等式体现。

实际上,流固耦合问题是场(流场和固体变形场)之间的相互作用:场之间的相互作用不相互重叠,并且穿透受界面力(包括界面力)的影响。

多相流等)。

如果磁场重叠并渗透它们的耦合,则通过建立微分方程来实现,例如不同单相介质的本构方程。

有三种方法可以解决。

1.两次交叉迭代。

2.同时解决所有问题。

3.有限元解决方案。

流固耦合的数值计算始于早期航空航天领域的气动弹性问题。

这是界面耦合的情况。

只要满足耦合接口力平衡,接口兼容性就足够了。

气动弹性开始考虑机翼的颤振边界问题。

该计算使用简化的空气动力学方程和结构动力学方程。

它是从理论中引入并建立耦合方程。

该方法相对容易解决,适应性较差。

现在由于数值计算方法和计算机技术的发展,整个解决方案倾向于NS方程(Navier-Stokes方程)和非线性结构动力学。

通常使用迭代解决方案,即,在流场中,结构被单独求解,并且迭代在各个时间步骤之间耦合,然后收敛然后前进。

优点是每个字段中的成熟代码可以稍加修改地应用。

它还可能涉及移动网格的问题。

由于结构的变形,流场的计算域发生变化。

有必要考虑流场网格随时间的变形以适应耦合界面的变形。

但是,似乎国外现在正在做系统设计问题,而数值计算一般可以满足需求。

在初步估算数值计算的基础上,通过降阶模型快速得到初步设计方案,并通过详细的数值计算验证。

目前的流固耦合软件是更好的GDS Studio,COMSOL和ADINA。

目前,国内外并没有很多流固耦合解决软件。

幸运的是,中国人已经开发出一种用于GDS Studio的流固耦合分析软件,该软件通过有限元方法求解。

以下是一些更好的流固耦合软件。

GDS Studio GDS核心处理器采用基于地下多物理场和化学传播的耦合分析理论,致力于使用水力 - 热 - 气 - 化学 - 微生物(H-M-T-G-C-B)最新研究模型,用于多因素耦合分析。

有限元分析方法用于求解实际模型,可以分析和预测各种类型的地学环境,并可以评估其安全性。

ANSYS WORKBENCHworkbench平台易于操作且功能强大。

它集成了Fluent CFX Ls-dyna和其他软件。

它可以很容易地实现流固耦合。

ADINA是一个功能强大且计算效率高的软件包。

有人说它更好,但在这个软件之前和之后。

处理器非常糟糕,划分网格功能不强,可导入的数据格式相对较小,使用起来比较困难。

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