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**引言:**目前,随着对产品的要求越来越多,单场载荷的作用响应,已经不能满足要求,所以多场耦合计算是必不可缺的,基于ANSYS Workbench可以实现结构场,流场,温度场,电场和磁场的耦合,具备解决复杂多场耦合的计算问题能力。多场耦合计算,按照场之间耦合的强度,可分为单向耦合和双向耦合。

(1)单向耦合。A场对B场有影响,而B场对A场没有影响,常见的问题就是热应力计算,一般的热应力计算中,只考虑温度对结构的影响,而忽律结构变形对温度场的影响;

**(2)双向耦合。**A场对B场有影响,而B场对A场也有影响,例如气动颤振问题,流场对结构的变形有影响,反过来结构变形也会影响流场。

耦合计算的方法主要包括,直接耦合法和迭代耦合法。

(1)直接耦合法,就是计算单元具备多场的自由度,可以在一个单元矩阵中完成耦合求解,常见于基于有限元方法的耦合技术,例如热-固耦合计算;

(2)迭代耦合法,就是不同场的量,分别在不同的软件环境中完成求解,然后进行数据交换,接着再进行独立计算,重复以上过程,当场之间的数据交换稳定时,终止数据交换,完成一次耦合计算,常见的就是流-固耦合计算问题。

一、流-热耦合计算

流热耦合计算,主要解决流体流动与结构的换热计算。用户可以使用Fluent模块完成流热耦合计算,也可以使用Fluent+结构热模块+系统耦合器完成计算,基于ANSYS Workbench平台可以完成单向和双向流热耦合计算。

图1 干燥器热源表面的对流换热系数

图1 干燥器热源表面的对流换热系数

图2 换热器的温度云图

图2 换热器的温度云图

二、流-固耦合计算

流-固耦合主要研究流体流动做到结构变形,而结构变形可能会影响流体流动。基于ANSYS Workbench可以实现单向和双向流固耦合,而且可以处理结构发生大变形的双向流固耦合计算,流固耦合计算的典型应用包括,机翼颤振,管道振动,导线覆冰振动,含流体容器晃动,结构跌落入水冲击等。

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图4 机翼颤振的双向流固耦合计算

图4 机翼颤振的双向流固耦合计算

三、热-固耦合计算

热固耦合计算,主要研究结构与热载荷的相互作用。常见的热固耦合计算,就是结构的热应力,为单向耦合,此外也可以考虑双向的摩擦生热计算。如图5给出了一个滑块滑动摩擦生热的温度云图,热固双向耦合,采用耦合场单元进行解算,该单元同时具备了结构和热自由度,在一个单元矩阵里完成耦合计算,计算稳定,而且解决了温降的问题。

图5 滑动摩擦生热温度云图

图5 滑动摩擦生热温度云图