hypermesh在MFX-ANSYS,CFX流固耦合中的应用

1、“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfdHypermesh 在MFX-ANSYS/CFX流固耦合中应用(1) MFX-ANSYS/CFX目前CFX流场计算和ANSYS结构计算之间的耦合平台是 MFX-ANSYS/CFX ，该平台是 2005年 ANSYS 10.0版本推出 的专门用于计算多物理场耦合问题的计算模块，它可以同时运行ANSYS结构计算程序和CFX流体计算程序，真正实现了 CFD/CS的双向耦合求解。通过该 平台把流场中的压力计算结果和结构场中的位移计算结果进行交换，进行耦合计算。即在流体区域内求解非定常流体方程，在固体的区域内求解

2、固体方程，在每一个时间步长后，将求解流体方程得到的气动力传递给固体，将求解固体方程得到的节点位移作为边界条件传递给流体，然后进行下一步迭代。 在耦合计算中，定义流固界面程序自动进行在流固界面进行平 衡迭代，完成稳态和瞬态流固耦合分析。本文分别在Hypermesh中建立结构域模型和流体域模型，对结构域划分有限元网格， 定义边界条件和耦合面，定义结构域求解控制，最后生成*.i np ( .cdb )文件供 CFX-ANSYS/CFX调用。同样，对流体域划给有限元模型， 定义流场域边界组元。把hypermesh 生成的流体网格导入 cfx-pre，进一步定义边界条件和求解控制，之后会在CFX中针对流

3、体域会生成*.def文件。有了这两个文件后，启动CFX-ANSYS/CFX求解器，分别指定*.def 文件和*.cdb 文件开始 ANSYS和CFX之间的双向耦合计算。本文前处理工作绝大部分在 hypermesh 中完成。MFX-ANSYS/CFX流固耦合计算流程(2) 求解算例平板在流场中振动是一个典型的流固耦合算例。已知在12m*0.06m*6m的流场控制域中放置一个1m*0.4m*0.06m的平板，流场控制域四周封闭，前后表面设置为对称边界条件，平板下端全约束，在平板和流场控制域相接面为流固耦合面。在平板左侧施加一平面压力 100Pa使得平板向左侧弯曲，0.5s后该作用力释放，平板左右震

4、荡试图回到垂直的位置。由 于流体的阻尼的存在，使得平板振幅趋于减缓，最终平板将回到垂直位置。设置计算时间为50s( time， 50.0)。(3) Hypermesh在计算中应用结构域网格：对平板结构划分有限元网格，并赋予单元和材料属性，模型中设置两个节点集合(Analysis entity sets)，一个取名为 pressure,存放平板受压面上的nodes，一个取名为FSIN_1，存放平板与流场接触面上的nodes,包括平板左右两侧面上的nodes以及上表面上的nodes。定义边界条件和求解控制，输出ansys的命令流文件plate.cdb。£l1i L ii ar、411=上

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7、TR£SCGLOCOMEGACflPLMTHEEL71MISSOLVE/POSTICGOMiSATMUTNCWTOTAL-I 莓i/CWp * 翳霾戸軸協帑*丘回/T西肚与色制“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd定义压力随时间变化table，变量名：oadvari27打开plate.cdb文件，添加如下命令:*DIM,_loadvari27,TABLE,4,1,1,TIME ! Time values_loadvari27(1,0) = 0._loadvari27(2,0) = 0.499_loadvari27(3,0) = 0

8、.5_loadvari27(4,0) = 50.! Load values_loadvari27(1,1) = 100._loadvari27(2,1) = 100._loadvari27(3,1) = 0._loadvari27(4,1) = 0.在 /SOLU 前添加命令 CMSEL,S,PERSSURE，sf,all,pres,%_loadvari27%，这样把瞬态压力载 荷添加到到平板压力面上。在 CMBLOCK,perssure,NODE,2 命令前添加 SF,FSIN_1,FSIN,1， 定义耦合面，以便在 CFX中定于求解控制能够辨别耦合面。流体域网格：打开hypermesh，转

9、到CFD控制界面。划分流体控制域网格，由于流体 和网格是两套网格，不要求结构和流体网格在耦合面节点重合，这里全部采用六面体划分流体网格。定义耦合面为fsi in terface，控制域前后定义为对称面symm1，symm2，四周定义为wall，底部面定义为 base,在CFX中，wall和base定于为无滑移边界。DUIIEIU1UII二dia§：EH - BB-31矍踊!»*Ho !ISavRi;":.:一"":詐:;:田麻*m* H-.ii8.应寸約*> M»l ?31 < mflif Tn C“CAE/CFD创新工场

10、blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd在 hypermesh 界面上，依次选择 utilty，CFD I/O，Flue nt CAS/MESH files ，Write，输出 fluid.cas 文件。至此流体域网格的划分和求解边界的设置。(4) 在CFX-PRE中进行设置1. 启动CFX-Pre，导入流体网格:QjtHiQrH-0 ftrt+#Q 沖 CueCul+57 SswLsse；.肄m血i岭0> E O a®曰fit*乜邛些方 dElQF L.CSrl4-P IR«En±9-3O-H+q |SI回曰叶* gnam 同

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12、ecfdEMAIL:cae_cfd设置分析选项(Analysis type)，按照下图所示操作。mechanical input file即是固体部分网“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd格，指定ansys文件位置，一般的该文件所在目录要与CFX的工作目录保持一致。Hie Edit Sesskin ns Eft Jpols helpF? CFK 卩亡二 ITTUiaafTdlBasic Settirw!密 CFK-Fres Unnaaed旦1 日Edit Session Insert Tpdb Help:1占日谣 51勺0尽®

13、4 & $务.OJilinc Anal：/5S ：!pcAnal/SK TypiOetals rf Analysis Type in Flnw Analysis 1“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd新建流体，取名为：MAT fluid，并设置新流体参数。“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd旦 leEdt Sesaon Insert Tools Help日0 0& E 0対團回

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17、tyThermal Conductivity曰RadlaClon PropertiesBuoyancy PropertiesL kg 10-3“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd2. 设置流体控制域domain求解参数Outline-倒 Mesh+ 遂Huid-.cas 零Connectivity-越 Simulationr 須 Flow Analysis 1°) dnwlYEim Twu亡“CAE/CFD创新工场blog.s in .c

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22、I in terface，选取耦合面（abc 2）设置为noslip wall 边界条件， mesh motio n 控制选项中， 选中 an sys mutilfield，an sys in terface 选项中选中 FSIN 1。Outline二鱼 Mesh+ ® Fluid-2x<ss 建I Cnrnectrvity -电 Simuhliion- 盘 Flow Analysis I O Analysis TypeDefault Dd1 IjZ DeF-aultView 1 Solver Conti OJtput Coni虚| Solver乍塩 Solution UhMe

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25、dp“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd同上，插入新边界条件，另取名为symm1，在 boundary type 中选择 symmetry，在 location 中选symm2，在 boundary type 中中边界面symm1 2;重复上述操作，插入新边界条件，另取名为选择symmetry，在location中选中边界面 symm2 2。“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfdE.ile E.

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27、tion其他从hypermesh中设置好的边界面，如base2和wall2，导入CFX后若没有重新设置的话，将默认为无滑移wall边界。如下图所示。“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd严l岸 IE flrJ屮科卄M卜Ckaip r r«rri ri 工 j|j "WMldi-L Or 14uJ 14“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd6. 初始化流场:Bfe Efllt 鸟

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29、UVWStatic Presair®OptioriRelative- Prurc求解控制：solver下选择solver control，反键点Edit。或者点快捷方式“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfdOutlneSoh/er Cortrollof Sglwer ControlBa&ie Settings-Equation Cla££ SetUngsExternal CaupingiAdvarced _| k

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