ADINA

ADINA FSI 流固耦合模块

中仿ADINA提供特有的FSI模块,可以在同一系统中模拟流体和因大变形、非弹性、接触及温度而经历明显的非线性响应的结构之间完全耦合的物理现象。一个完全耦合的流固耦合模型意味着固体的力学响应将会很大程度地影响流体域变化,反过来流体的作用力也会施加到结构上。

中仿ADINA提供特有的FSI模块,可以在同一系统中模拟流体和因大变形、非弹性、接触及温度而经历明显的非线性响应的结构之间完全耦合的物理现象。一个完全耦合的流固耦合模型意味着固体的力学响应将会很大程度地影响流体域变化,反过来流体的作用力也会施加到结构上。

在流体力学层面,Navier-Stokes流可以是不可压缩,弱可压缩,低速或者高速可压缩流体。从结构的角度看,各种结构单元类型都可以参与FSI过程(即壳单元,2D和3D结构单元,梁单元,等参梁单元,接触面等),支持各种材料模型、支持各种非线性物理过程如材料失效、单元生死、结构失稳、相变等等。此外,中仿ADINA还提供了针对流体是势流理论的完全耦合的流固耦合模型。

图片关键词 

中仿ADINA流固耦合模块的原理

中仿ADINA将领先的计算固体力学和计算流体力学算法相结合,集成特有的FSI模块。对于流体模型,用户可以选择基于节点的FCBI(Flow-Condition-Based Interpolation)算法和基于单元的FCBI-C算法进行单元的定义。

FCBI单元算法:基于速度自由度的FCBI算法用于提高稳定性。有限元方程可通过Newton-Raphson迭代组装一致的雅克比矩阵来求解。因此在流固耦合系统中建立一致的刚度矩阵可以解决实际中极为复杂的非线性响应问题。

FCBI-C单元算法:所有的求解变量定义在单元中心,速度和压力之间的耦合会迭代处理。因此在FCBI-C单元算法的流固耦合分析中,结构模型和流体模型之间的耦合也是迭代处理的。这种算法可用于解决大规模实际问题。

 

这两类算法均可应用于从低到高任何雷诺数的流体问题。

一旦流体域任何部分发生变形,欧拉方法将不再适用。因此,中仿ADINA的流体控制方程采用的是任意拉格朗日欧拉(Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE))公式。

中仿ADINA流固耦合模块的独特性体现在使用了两类不同的耦合方法,即直接FSI耦合法和迭代FSI耦合法求解流固耦合模型。在这两种方法中,沿流固界面的位移和力都是保持一致的。

位移平衡,                df = ds 

力平衡,                     ff = fs 

这里,d和 f分别表示位移量和拖曳力,下标f和s表示流体和固体。在瞬态分析中,类似前面展示的主动脉瓣模拟就使用的是二阶时间迭代算法。

直接FSI耦合

在直接FSI耦合求解法中,流体方程和结构方程是联合起来在一个方程组(一个刚度阵)中求解的,线性化和求解使用迭代算法如Newton-Raphson迭代算法。直接FSI耦合法为求解复杂的FSI问题提供了强大的算法,比如,“软”结构在轻微压力下产生大变形或高可压缩流冲击到结构的表面等非常复杂的问题,而这类问题用迭代耦合法求解会比较困难。

迭代FSI耦合

流体方程和固体方程是分别连续求解的,各自更新得到的信息提供给另一部分。计算时迭代法比直接法占用内存小,因此可以用于求解大规模问题。

中仿ADINA所提供的这两种特殊的耦合方法-迭代FSI和直接FSI,对于高效地求解各类不同的FSI问题是必不可少。


ADINA流固耦合的特点

1. FCBI((Flow-Condition-Based Interpolation))算法提供了很高的稳定性,适用于从低雷诺数到高雷诺数的各种问题

2. FSI分析可以实施于各种流体类型,包括不可压缩,弱可压缩,低速或者高速可压缩流体。另外,所有的流体材料模型包括非牛顿流体,湍流模型和VOF法都可用于FSI分析。

3. 势流体单元可以用于声波的分析,也可以用于结构和声波的耦合分析。

4. ADINA允许流体模型和结构模型使用任意的网格。并且,流体和结构的网格在流固耦合界面上不需完全匹配。

5. 在分析FSI模型时还可求解热和多孔介质的耦合。

6. 所有的结构单元,接触和结构材料模型(如弹性,粘弹性,橡胶,塑料等)都可以用于FSI求解。

7. 在流体模型中可以使用间隙边界条件-gap边界条件。在中仿ADINA中,可将gap边界条件与接触功能联合使用,以成功模拟汽车和生物医学领域中的阀门的关闭和开启现象。

8. FSI可以使用移动网格技术来分析旋转设备和涡轮机械。

9. 自动单向流固耦合分析是一种有效的方式。这种分析用于结构变形很小且流体的影响可以忽略不计的工程问题中,因此不需要在流体和结构模型之间迭代。

10. 全三维流场的动网格技术,包括参数化动网格和全适应性网格重划分技术,从而为不同的流体域生成最适合的网格尺寸,提高求解精度和效率。



各省份区域负责人联系方式:
张经理:17621192152【上海、浙江、广东、广西、海南、江西、福建】
丰经理:17521145176【北京、河北、天津、山东、山西、安徽、江苏、河南、黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古】
许经理:18971301365【湖北、四川、重庆、宁夏、贵州、云南、陕西、甘肃、新疆、青海、湖南】

公司电话:021-80399555
地      址:上海市松江区九新公路1005号临港松江科技城中仿大厦 (201615) 
电子邮箱:info@cntech.com
客服热线:400-888-5100




技术交流(QQ群):346550371

ADINA,Multiphysics,工业级多物理场仿真软件,ADINAStructures,ADINACFD,ADINA Electromagnetic,ADINA Thermal,ADINA FSI,ADINA TMC

技术交流(微信):请用微信扫一扫      

图片关键词

技术交流(微信):请用微信扫一扫      

图片关键词


关联内容