小技巧 | ANSYS 多物理场耦合

现实世界不存在纯粹的单场问题，我们所遇到的所有物理问题都是多场耦合的，只是受到硬件或软件的限制，人为将它们分成单场现象，各自进行分析。有时这种分离可以接受的，但对于更多问题这样计算将得到错误结果。因此，在条件允许时，应该尽量进行多场耦合分析，现在硬件的发展已使多场耦合分析成为可能。伴随着计算机计算性能的不断提升和多场耦合分析算法的逐步成熟，求解常见工程问题的多物理场分析已经成为可能。

定义

耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者更多工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。

例如 流固耦合分析考虑了流场的脉动压力对结构的作用和结构变形对流场的影响。其它的耦合场分析还有热-应力耦合分析（热应力分析），热-结构-电耦合分析，NVH（结构-声）分析等等。

耦合场分析类型

耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用，耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。

序贯耦合方法是按照顺序进行两次或者更多次的相关场分析。它是通过把第一个场分析的结果作为第二个场分析的载荷来实现两种场的耦合的。

例：电机NVH仿真：由电磁场分析导出的力，激励结构分析边界速度，通过声谐响应分析计算声压（ANSYS workbench）。

直接耦合方法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。在这种情况下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。例如利用单元SOLID5，PLANE13，或SOLID98可直接进行压电分析。

ANSYS是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，集多物理仿真平台和各种CAE仿真软件的开发、市场、技术支持和技术服务为一体。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。

ANSYS软件很好的集成了各个物理场模块于一体，通过Workbench平台可以很好地实现多个物理场之间的耦合仿真。在Workbench中通过简单拖拽就可实现不同物理场之间的数据传递，无需整理不同格式的数据文件。

ANSYS单一的平台下实现多物理场载荷数据的无缝连接，加强部门间的密切合作，再结合HPC技术高效完成仿真计算，从而大大缩短了产品设计的研发周期。

多物理场仿真曾经被视为仅适用于专家的高级工程策略，现在已成了许多行业产品开发套件中的标准组成部分。利用多物理场研究来预测和验证产品在各种工作条件下的性能，同时解释各种物理场的效应，工程团队能够消除许多现实产品失效的来源。

当仿真技术刚刚推出时，许多工程团队不愿意跨越数字壁垒去拥抱仿真的强大实力，而在今天，仿真已然成为了各行各业的标准工程实践。多物理场仿真代表着产品工程的未来，随着开发团队努力去应对复杂性，提高信心，以进一步缩短开发周期和生产过程并降低成本，多物理场仿真很快将成为业界标准。

Finite element analysis of the future is multi-physics coupling！

未来的有限元仿真更多的是耦合场分析！