Abaqus流固耦合仿真方法大全，总有你的菜，哪怕是佛系

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了流固耦合分析的三种主要方法：Abaqus多场耦合分析、CEL（拉格朗日-欧拉）方法和SPH（平滑粒子流体动力学）。Abaqus多场耦合支持不同分析过程间的协同，包括热传导、电磁-热或电磁-力学耦合等，并可通过MpCCI工具实现。CEL方法用于固体材料大变形分析，支持网格运动，适用于流固耦合如液体晃动分析。SPH方法是一种无网格法，通过粒子间物理距离确定影响，适用于液体晃动、破碎冲击等场景。最后，作者强调了根据具体需求选择合适方法进行流固耦合仿真分析的重要性。

对于一般的流固耦合问题，Abaqus提供的仿真方法多种多样，最常用的三大类是：

1、协同求解

需要不同求解器之间进行通信：

a.使用SIMULIA 协同仿真引擎

b.使用多场耦合分析工具MpCCI

c.使用Abaqus的ZAERO接口程序

2、CEL

3、SPH

而特殊流固耦合问题，比如渗流（Seepage分析）、湿模态（可用Acoustic单元）、流体腔（Fluid Cavity）等，Abaqus也都有对应的分析手段。

最近问到的流固耦合问题比较多，这期文章就介绍一下Abaqus常用的三大类流固耦合分析方法。

1、协同求解

a.使用SIMULIA协同仿真引擎

首先要有两个model，一个CFD，一个Structure，定义耦合界面，并分别创建两个作业；然后通过SIMULIA协同仿真引擎引用两个model的作业，创建一个协同仿真；最后提交协同仿真任务，在模型树中可调出两个协同分析作业的监控。

Abaqus/CFD特点：能够进行不可压缩流体（通常认为是液体或者密度变化相对较小的气体，0≤Ma≤0.1~0.3）动力学分析，可以是层流或湍流（4种湍流模型）、稳态或瞬态（能够使用ALE变形网格）。

流体参数：密度、粘度、初始速度、等压比热容、热膨胀系数。

工程应用领域：大气扩散、汽车气动设计、生物医药、食品加工、电器冷却、模具填充等。

6.10版引入CFD求解器，2017版取消，因此该方法只能在Abaqus有限版本内使用：

SIMULIA Co-simulation Engine简介：达索SIMULIA的多场耦合求解平台，内置于Abaqus Job模块，功能强大，可以用于耦合Abaqus不同求解器或第三方求解器，比如单独在Abaqus内可以做到：

①流固耦合：将一个Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit分析过程与一个Abaqus/CFD分析过程进行协同；

②共轭热传导：将一个Abaqus/Standard分析过程与一个Abaqus/CFD分析过程进行协同；

③电磁-热或电磁-力学耦合：将两个Abaqus/Standard分析过程进行协同；

④隐式瞬态分析和显式动态分析之间耦合：将一个Abaqus/Standard分析过程与一个Abaqus/Explicit分析过程进行协同。

b.使用多场耦合分析工具MpCCI

Mesh-based parallel Code Coupling Interface（基于网格的交互式耦合并行程序），通过松耦合方式实现多场问题的求解分析。

特点：1996年开始，支持大多数主流CAE软件，现已成为全球唯一的多场耦合分析的工业标准和平台。

数据通信方式：

序列式

并列式

应用领域：航空航天、汽车行业、大气环境、生物医药、机械电子、化工等。

c.使用Abaqus的ZAERO接口程序

通过 abaqus tozaero interface可以在Abaqus和ZAERO之间交换气弹数据。

流程：

Universal文件：包含节点、坐标系、模态频率、质量归一化的振型、质量矩阵等。

执行：abaqus tozaero interface在Abaqus/CAE中没有图形界面，只能手动修改inp文件来定义universal文件的输出项，再通过command窗口运行接口程序：

2.CEL

拉格朗日网格：运动

节点与材料绑定，单元随材料变形而变形，拉格朗日单元总是100%充满单一的材料，故材料边界与单元边界永远一致。

欧拉网格：不动

节点在空间固定，材料流过不变形的单元。欧拉单元可以不总是100%的充满材料，许多可以是部分的或完全空的，因此每个时间增量步都会重新确定材料边界。注意：欧拉分析中，欧拉网格要大于材料的活动范围。

欧拉-拉格朗日接触算法：

欧拉材料（使用状态方程描述材料的流变行为）可以和拉格朗日单元通过欧拉-拉格朗日接触来进行相互作用。包括此类接触的分析通常称为耦合的欧拉-拉格朗日分析（ Coupled Eulerian-Lagrangian）。

揭谛：风动？幡动？仁者心动；拉格朗日网格在动，欧拉网格不动

特点：

a.可用于固体材料的大变形分析；

b.支持自适应网格细化；

c.可以定义网格运动：欧拉网格移动、旋转、缩放等来包络欧拉材料；

应用领域：

常规流固耦合：如液体箱晃动分析、飞机水域迫降、产品包装模拟、填充模拟等；

多相流固耦合：抛锚在水和泥中的沉降深度，带空气域的轮胎滑水性能分析；

固体大变形分析：如轧制、鸟撞、切削等；

爆炸分析：JWL状态方程。

3、SPH

Smoothed Particle Hydrodynamics(平滑粒子流体动力学)  无网格法，注意：不是基于离散粒子间的碰撞、粘附等行为，这是跟DEM的最大区别。

这种方法是通过粒子间的物理距离、平滑距离h来确定“内核方程”，进而确定周围粒子对中心粒子自由度的影响。

点击工具区的create section,按如下设置复合材料的铺层。

应用：液体晃动、波浪、喷漆、水压切割、气流、填塞、破碎后的二次冲击，鸟撞分析、射流爆破等。

方法：把有限元网格转化为SPH粒子，可以按照应力、应变或时间阈值来确定SPH粒子的转化。

Tips：上图是Abaqus自带的流固耦合经典案例，帮助文档搜索“Impact of a water-filled bottle”即可找到水壶跌落CEL/SPH两种方法的inp文件。当初第一次看到CEL方法很震惊，下载完模型怎么也找不到里面的水在哪！（奥秘就藏在VFT工具里）~为了搞懂，我把这个案例说明翻译了一遍，很有收获。

三大类方法在流固耦合方面的表现：

根据具体计算需求，结合各种方法的特点，选择最合适的手段进行流固耦合仿真分析。

作者：邓怡超  结构设计工程师 仿真秀科普作者

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