多场耦合的基本算法

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实际工程中，主要存在固体场，温度场，流场，电场和磁场，解决以上两场或两场以上耦合的方法，主要使用以下两种方法。

1.完全耦合

耦合的场变量放到一个矩阵中进行求解，也就是求解的单元具有多场的自由度；

耦合场之间是紧密耦合；ANSYS可以使用226单元完成热-固；热-电等多场的完全耦合计算，典型的工程应用如摩擦生热，塑性生热，压电传感器的仿真计算。如图给出了SOLID226单元的示意图，该单元的基本形状为六面体，当然还有三种退化单元形状，建议在计算中避免使用退化形状。

图1 SOLID226单元示意图

2.迭代耦合

迭代耦合，主要通过两个不同的求解器完成不同场的变量求解，然后通过一个数据映射模块，再考虑场之间耦合的一种方法。目前ANSYS可以在ANSYS Workbench平台借助系统耦合器模块完成流热，流固的迭代多场耦合计算如图2所示，此外在较低版本也可以通过单代码求解器完成流固，流热和流热固的多场耦合迭代计算。

图2 基于系统耦合器的多场耦合示意图

图3 基于单代码的多场耦合计算

这个单代码多场耦合求解器的，流场计算模块为ANSYS经典环境的FLOTRAN模块，该模块目前在较高版的ANSYS已经看不到了，主要是因为收购了CFX和FLUENT强化了Workbench平台的耦合计算功能，其实该模块的功能也非常强大，可以实现流固，热固，流热固的耦合计算。

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首次发布时间：2021-03-28