hypermesh在MFX-ANSYS,CFX流固耦合中的应用

“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7 yaailrr1UUi/ Hftik Bji Cafia | MndpJ : jjtEirii| S： 匚 *超比 l-fe5Ktf 匚召匚刖I叨R BfiFCH120 HU3E0W弓 T1N1F4I 白 ALJT0T55牛 UNES甘 DELTIH7冷疏B氏 liMIMT9nUIREf10m SluASHSOLU 11 耳和WE12H * Carmri (11*I:立弭 母 b6dhU1U.N*SMillJ1血1亡囱张钳山旳H11r:.RWJIaihI klar i ilx LE*iFU*l：3-aa l_iJ-aali arpbi.ric Fjat LJlLla Tfebl Ml ?31 E O a曰fit*乜邛些方 dElQF L.CSrl4-P IREn9-3O-H+q |SI回曰叶* gnam 同 P*. bcmm CWaJtB 盘 Schet氐 Sdsw Ca-itrtil出 CwdlMle- Fh-WTfcM： -j Mhl-rrMjRKAd DpurtsJ】严7 0 3 0 ,回叵In*：訴L lus-hI LMa tolLin rwd tn: huEMTIUiWdhl I DM2 jj.“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL: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 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対團回矗J 0Out tiei I鱼| Mesh创 fluid-Z.cas 屬ConnectivityBl Simulation曰 刺 Flow Analysis 1 Analysis Type 曰回曰 Default Domain 回 ft DeFadt Domain De冷Mt Q 崩 SolverJ# Solution UnitsK. 5olver Control用I OiJ-put ConferolView1 -Air 2E 孕 irqport Library Data AlurriniLCopper 西 Edt In Command EditorSteel 亀Water 苗 Expand Sub-Branches-Water J Colapse Sjb-BrwchK61 Rieactions“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薛 CFI-Pre: Unnueii案1 CFSPr印uEdit Spssian Jpsert Emh tWpMaWtl出 MAT FluidDeCai If of MAI fluid帛爲右囂File Edit Sessian Insert Tpofe Help5喘配1& & G轉OiJtlinA |Material： MAT fluidDetels or MAT fluidMaterid Prap&rtiesTherrnadjjrarric State Uquid| Coord FrameBase SettingBasic SettingsMaterial PropertesOptionThermodyriiamic PropertiesEquation flF StteOptionMolar MassGeneral Material日El9lue*L kg kmol-1Density Spectfic Heat CapacityThermal 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 n/caecfdEMAIL:cae_cfd0 *二 DefaultDomain DeEdit“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd-丸 EHpressionsF Functions and1 Ji. -t._ll ii : _ I _ _-圍 Solver才右 Solution UnitsSolver Coritral邛 Output Control才x. Coordindte Frames -划 MateriakAir Ideal GasAir at 25 CAluminiumCopperMAT Fluil2SootSeelWaterWater Ideal G日矣61 ReactionsSj Mesh StatisticsInsertRenderShow疔:HideEdit in Gbmnnancl EditorRj Copy 亀 PasteDuplicateX Defete sb Rename曾 Expand Sub-Branches 體 Colapse SuL-Branches“CAE/CFD创新工场blog .sina .com. cn/caecfdEMAIL:cae_cfd163 .com“CAE/CFD创新工场blog .sina .com. cn/caecfdEMAIL:cae_cfd163 .comooineDorhain; Defadt DornahDet ads of Delaul Domain n Flow An-a lysis 1Bask gettingsLocatio仃日仃d TypeLocationDornaln TypeFkid ModelEnbalsatioriCaordnate FrameQpbnn Mhimmu Molume FractionOutllreCm ah; Def ml I: DomanDets Is of DeFarult Darmain in Flow Analysis 1Baac Settings： Fluid Models&it|gfcgtfcn |H&at TransferOptionMane甘TurbutenceOptionMane (Laminar)vCombustionOptknponevThennal RadiatianOptionNonevDomain MxlelcPressureRefersnce Pressure&jayancygo仃Domain MetianOptionMesh DeforirtabonOpbonMesh Mlation I -jatanonaryRegans of bWion specfedI brriiNon Buoyant5.设置边界条件：插入新边界设置，取名为：FSI 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-2xss 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 UhMesh StatisticsInsertCoordiiniiiitc Fr3 Edt in Command Editor t Copy亀 PasteDuplicate& SUbdbmdln 曰 Source PointNameBoundaryB? Insert B mind aryFSI interF肚已|tK*X Delete弧创a(b RenameWaterWater Ideal Gas Expand Sdb-firanchesRgsciorhsfg Collapse Sub-&andhesEKpressiDns! Functions and YaiiaDlcsCancel“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_cfdEmndtafv Tppfl Gxrd Rww3* CFI-Pre: Orunfuie!d逊 CFE-PrE： fnnajaeid.El 豊女怯 Ssion fiHrt Ttte 也出箜 Edl 字冬 iom Hert Jjsok Hdp“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.it fissioot I5irt 1413 应 口护曰“ e咗肆1&穴处甸画區ECUtir B-oundar ； symml1DOetaisH ymml ir LeFaulfc。口mainBadcSBttngsgi 曲如托OJjine Bundary; symm2Detals tf symmZ r，DcFwft DomainBast SettngsBoundary Detail?Ren dry TypeBoundary Type-SymriHlTyLocebon“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfdZJLocation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 rrri 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Mfern Insert Mak 申 |p“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd*0 e克 鬲彷jjf)“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd%匸中u餃氏itaView 1 *Qutlne IrdicJEtia-iDetoite oFInitiiallf otkm n Flow An亦和i罄 1日如 Writings21 Gord Frame回Cbordinat? Frnftt-IrftidtondftroUihciy TypfrCartesian VtelcctyOptionUVWStatic PresairOptioriRelative- 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 _| kAdvedio仃 SchamaOptionTran呂ent ScfiemeOptionThestep讨制讷加CpUcn厂 Lower Caurant MlmtEer厂 Upper Caurartt Uumber| High Reakjtianjond Oder Backward Euier jAdtcmticElConvergence CortrdP Minunum Mumber of CaefFiaemt LoopsMn- Coeff, LoopsSoer 匚 critrdOutbneDetails of Salver ControlEquion Glass 恥此 ig陥it SeihgfExtern dl CoypiingAdvancedFluid Toeale CohtrolImescalB Control| Coefficient Leaps二|Max：. Coeff. LoopsConvergence CriteriaResduei TypeRMSRgduai Target|kE-4“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfdEl1 Conscryfltion Targetoutput control : solver 下选择 output control， Edit。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_cfdMonitor :insert Took监视点（0,1,0） x方向位移。OutineOdtpdt ControlDetaib of Outpijt ControlMontorBqportResdtsTm StatsBackup | Trn Resdllts“CAE/CFD创新工场blog.s in .c n/caecfdEMAIL:cae_cfd至此，在CFX-Pre中流场求解设置完毕，保存以上设置。“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(5)求解写求解文件：file write solver file保存为 cfxUnnamed.def。保存后 CFX 将自启动 CFX-SolverManager，并要求Define Run。其设置按照如下所示，设置好后，点击start run，即可开始CFX和ANSYS双向耦合分析。Fili Edit Session InsertHelp| Mew Simnlati on.r Open Simulation.,ClozaS 0兄回胡矗怙Save Simulation Simulation As.、宦 Import Nash. 用 ReloU 血姑 FilesImport CCL. .Export CCL.Print.Recent SimulationH¢ CCL FilesRecent Sssi on FilezCtrl+NCtrl+OCtrl+WCtrl+SCtrl+PCtrl+QSuit? 烂MIF 1UEOF JOS i一 FC as,rr 严