STAR-CCM+与Abaqus联合仿真-流热固传热、应力、断裂、裂纹扩展、模态、谐响应分析

10月前浏览6809

流固耦合方法

流固热耦合解法有两种：弱耦合计算与强耦合计算，其差别在于流固耦合计算中固体和流体两个计算域数据传递方式的不同。

l强耦合计算（Conjugate Heat Transfer）

强耦合方法将流体和固体合并到一个计算域中，将CFD计算程序在固体域和流体域同时求解，将控制方程中的对流项、扩散项和源项写成统一的形式。在求解过程中，固体和流体之间的交界面像其它内部面一样来处理不作为计算域的边界出现。避免了不同区域之间的反复迭代是这种方法的显著优点，但其缺点是耦合面两侧介质属性的不同导致计算不容易收敛。

l弱耦合计算（Coupled Heat Transfer）

弱耦合计算是在流固交界面保证温度与热流量连续的条件下分别对固体区域和流体采用单独的求解器。弱耦合方法和强耦合方法不同的地方在于固体和流体是两个不同的计算域，控制方程也是不同的，弱耦合计算中流体和固体的耦合是通过在固体与流体交界面上的反复迭代来实现的。计算中流体和固体在耦合面上要满足连续性边界条件。

STAR-CCM 耦合Abaqus

弱耦合：基于文件的耦合

固体结构的计算是使用 Abaqus 模拟计算得出的，使用计算结果文件来交换流体-结构交界面的数据从而实现STAR-CCM 与Abaqus的耦合。

强耦合：协同仿真

协同仿真涉及两个代码之间的强耦合，其中数据交换以频密的间隔进行，即耦合步骤，每个时间步结束时交换数据，并使用相对较大的时间步来逼近稳态求解。利用求解器之间的深层通信，可以获得固体/流体交界面的完整求解。求解包括固体域和流体域之间的相互作用结果。

排气岐管流固耦合

基于文件的耦合

STAR-CCM 将局部热传递系数和参考温度传递到 Abaqus，并且 Abaqus 向 STAR-CCM 提供壁面温度，交换两个代码之间的数据，提供充足的时间达到收敛求解。这可使用 GUI 通过手动执行导入-映射-导出操作并在每次数据交换后启动 Abaqus 运行来实现，也可通过使用 Java 宏自动执行 STAR-CCM 步骤。