从零开始的ANSYS Workbench双向流固耦合仿真教程
从零开始的ANSYS Workbench双向流固耦合仿真教程
流固耦合（Fluid-Structure Interaction，FSI）仿真是一种将流体动力学和结构力学相结合的多物理场仿真技术，广泛应用于航空航天、汽车、能源、生物医学等领域。本文将通过一个具体的算例，详细介绍如何使用ANSYS Workbench进行双向流固耦合仿真。
记录一下自己的第一个流固耦合算例，本文使用ANSYS 2024 R1实现。
1 问题描述
现有某圆形截面钢管，长度
，外径
，壁厚
，水流以
的速度从左侧进入钢管，假设水流不可压缩，密度保持不变，求钢管壁面所受压力分布。
2 模型建立与求解
2.1 几何模型
先从左侧的Toolbox点开Component Systems，拖动Geometry模块到项目中，然后保存项目。
本文使用DesignModeler（DM）建立流—固模型，在Geometry单击鼠标右键，选择DM打开。
在DM中，通过Create—Primitives—Cylinder创建圆柱体。
圆柱参数设置如下图，设置完成后，点击Generate生成。
然后点击Create—Thin/Surface为建立中面做准备。
设置Direction为Mid-Plane，Thickness为0.02，选择圆柱侧面，点击Apply，点击Generate。
点击Tools—Mid-Surface来建立中面。
按住Ctrl键选择圆管内外两侧面，点击Apply，然后点击Generate。
此时已成功建立圆管模型。
接下来，再次通过Create—Primitives—Cylinder创建一个圆柱体作为流体模型，生成后的效果如下图。
将生成的面和柱体分别命名为pipe和fluid，然后按下Ctrl+S键保存，关闭DM界面。
2.2 流体域设置
2.2.1 网格划分
从左侧的Toolbox点开Analysis Systems，拖动Fluid Flow模块到项目中（本文使用FLUENT进行流体仿真），然后将左侧做好的Geometry拖动到Fluid Flow的Geometry中。
拖动后的效果：
双击Mesh，进入Meshing。
抑制固体模型。右击Geometry中的pipe，点击Suppress Body。
设置Element Size为10 mm，然后右键Mesh，点击Generate Mesh。
设置流体边界。右键外侧的面，选择Create Named Selection，然后命名为outlet。
以此法分别设置侧面、内侧的面为wall、inlet。
完成上述设置后，保存并退出Meshing。
回到项目后，右键Mesh，点击Update更新。
2.2.2 求解设置
双击Setup，然后启动FLUENT（可以根据电脑情况设置多线程数）。
在General处设置Time为Transient。
双击Models，双击Viscous，选择k-epsilon模型，点击OK。
双击Materials，双击air，点击Fluent Database。
将列表拉到最下方，选择液态水，点击Copy，然后关闭，此时已将水添加到材料库中。
双击Cell Zone Conditions，双击Fluid，将流体介质改为水，点击Apply后关闭。
双击Boundary Conditions，双击Inlet，将速度改为
.
双击Dynamic Mesh，点击选项框，点击Create/Edit，选择wall，选择System Coupling，点击Create。
双击Methods，选择SIMPLEC方法。
双击Initialization，点击Hybrid Initialization，点击Initialize进行初始化。
双击Run Calculation，将参数调整为以下形式：
保存后退出FLUENT。
2.3 固体域设置
2.3.1 网格划分
从左侧的Toolbox点开Analysis Systems，拖动Transient Structural模块到项目中，然后将Geometry拖动到Transient Structural中的Geometry。
双击Model。
右击fluid，点击Suppress Body。
点击Mesh，设置网格尺寸为50 mm，然后点击Generate Mesh。
2.3.2 求解设置
右击Transient，点击Insert，点击Displacement添加约束。
右击Trainsient，点击Insert，点击System Coupling Region，设置流固耦合交界面。
选择内部侧面，然后点击Apply。
点击Analysis Settings，参数设置如下图：
保存后退出。
2.4 耦合设置
从左侧的Toolbox点开Component Systems，拖动System Coupling模块到项目中，然后依次将Fluid Flow模块、Trasient Structural模块中的Setup拖动到System Coupling中的Setup部分。
更新两边的Setup后，双击System Coupling的Setup。求解设置如下：
按住Ctrl选择wall和Fluid Solid Interface，然后点击Create Data Transfer。
右击Solution，点击Update。
等待计算结果即可。
3 结果展示
圆管壁面所受压力、Y向位移如下图所示。
以上。