流固耦合模拟

分析内容

01

问题定义与模型简化

①明确问题：确定要研究的流固耦合问题，例如机翼在气流中的颤振、血管内血液流动与血管壁的相互作用等，明确研究的目的和关键问题。
②简化模型：根据问题的特点和研究目的，对实际系统进行合理的简化和抽象，去除对结果影响较小的细节，确定计算区域、边界条件和初始条件。
02

几何建模与网格划分

①几何建模：使用专业的 CAD 软件或仿真软件自带的建模工具，创建流固耦合系统的几何模型。
②网格划分：将几何模型离散化为有限个单元和节点，生成计算网格。对于流体区域，通常采用四面体、六面体或混合网格；对于固体区域，常用六面体或四面体网格。在流固交界面处，需要保证网格的一致性和协调性，以准确传递耦合信息。
03

材料属性与物理模型

①材料属性定义：为流体和固体分别指定材料属性，如流体的密度、粘度，固体的弹性模量、泊松比、密度等。对于一些特殊材料，还需要考虑其非线性、各向异性等特性。
②物理模型选择：根据问题的物理本质，选择合适的物理模型。
04

边界条件与初始条件

①边界条件设定：确定流体和固体边界上的条件。流体边界条件通常包括入口速度、压力、出口压力、壁面无滑移条件等；固体边界条件则有固定约束、滑动约束、力边界条件等。在流固交界面上，需要满足力平衡和位移连续等耦合条件。
②初始条件设定：给定流场和固体结构的初始状态，如初始速度、压力、位移等。
05

求解与计算

①选择求解器：根据问题的类型和特点，选择合适的求解器。
②进行计算：将设置好的模型和条件输入到求解器中，开始进行数值计算。
06

结果分析与后处理

①结果可视化：使用可视化软件或仿真软件自带的后处理工具，将计算结果以图形、图像或动画的形式展示出来，以便直观地观察流场和固体结构的动态响应，如速度分布、压力分布、变形情况等。
②数据分析：提取关键的物理量和数据，如流固交界面上的力、固体的应力和应变、流体的流量等，进行定量分析和比较。
③误差分析与验证：评估计算结果的误差，通过与实验数据、理论解或其他可靠的数值结果进行对比，验证模型和计算方法的准确性。