MpCCI介绍_HYH

——模拟真实的物理世界黄宏艳北京海基科技发展有限责任公司专业工程软件与服务提供商目录•流固耦合：现状和挑战•MpCCI软件•海基在流固耦合方向的解决方案•流固耦合(FSI)涵盖了非常广泛的涉及流体流动和结构变形相互作用的问题–这种相互作用可以是热的、机械的，也可以是二者都有的–可以是稳态问题，也可以是瞬态问题•许多重要的问题都涉及到某种形式的流固耦合–由于缺乏合适的求解技术，这种耦合效应通常都被简单地忽略掉。•仅仅模拟单一场往往是不能满足工程需要的，在许多时候模拟单一场甚至于得出完全错误的结论专业工程软件与服务提供商应用的对象•航空航天/国防–机翼气动弹性–飞行器和弹体气动弹性分析–压气机和涡轮叶片气动弹性分析–由燃烧引起的推进消融•能源/油气–油箱晃动–管线,risers–热交换器(核动力)•通用设备–泵、风机、液力变矩器•汽车–发动机、排气歧管、冷却水套的热应力分析–设计方程式赛车专业工程软件与服务提供商流固耦合——面临的挑战•对使用者的挑战–对工程师提出了更高的要求•对解算器的挑战–流固耦合问题类型非常丰富，单一的求解器难以满足要求•对硬件资源的挑战–流固耦合问题计算量很大–流体固体的时间尺度往往相差很大？•MpCCI：Mesh-basedparallelCodeCouplingInterface•MpCCI软件是由德国Fraunhofer科学计算法则研究所开发的面向多学科、多物理场的专业接口软件–Fraunhofer-SCAI从1996年开始从事MpCCI的研究工作，并成为这一领域的活跃领导者，推出MpCCI的前身CoCoLib和Grissli，并且得到了大量的工程验证。•开发的目的就是为了向工程师们提供他们熟悉的单学科模拟程序的一个独立接口从而实现流固耦合的工作原理•结构和流体方程独立求解，互相交换边界条件•MpCCI自动完成耦合面上数据的插值和传递的优势•适应性强，对特定的问题，使用“合适”的软件来解决•对运行平台，网络环境没有限制•支持大部分主流计算软件的直接耦合模拟•MpCCI提供了APIToolkit，可以方便的与用户自己编写的程序进行耦合计算•各计算软件建模相对独立，数据通过黑箱（MpCCIServer）传递，极大的减轻了工程师的工作量:•ESI-ACE+•STAR-CCM+•Numeca－TheStandardofFSI模型•分别建立流体和固体模型–尺寸和位置对应–标识耦合面–其余的设置完全互相独立模型•指定使用的求解器和模型文件•耦合面配对•指定互相传输的变量MpCCIGUICouplingpanel图形用户界面运行耦合仿真•指定各个耦合程序的运行条件–运行参数–用户自定义程序–并行设置–……•在MpCCI统一的图形界面上运行各程序，开始耦合计算–各程序可以运行在不同机器，不同平台之上MpCCIGUIGopanel专业工程软件与服务提供商流固耦合的后处理•使用各个耦合软件的后处理功能•使用第三方的专用后处理软件•使用MpCCI自带的后处理程序Interfaceloadsshownwithacontourplot(left)andvectorplot(right)inABAQUS/Viewer－TheStandardofFSI专业工程软件与服务提供商流固耦合在航空工业的应用•叶片、机翼气动弹性流体与结构耦合作用明显•高温热防护热固耦合机翼颤振©TeknoTasarim,TurkeySimulationoftheflutteringofaAgardwing445.6HbyTeknoTasarimInc.,Turkey(seeproceedings9thMpCCIUserForum):•FluentMSC.Marc=FlutterspeedindexFFR=FlutterfrequencyratioFF=Flutterfrequency：压缩机叶片：叶片冷却的模拟•几何非常复杂•射流同主流的干扰•流体与固体的耦合换热•使用Fluent+Abaqus软件对此问题进行了模拟：滑翔机机翼的空气动力学研究•DG-1000gliderwing•Originallinear-elasticsimulationwasperformedbyZentrumfürStrukturtechnologien,ETHZürich•Exampleextendsthesimulationbyincludinglarge-displacementeffects•Simulationobjective–Determineaerodynamicperformancefordifferentwingdesigns滑翔机•大的机翼跨度和机身长度–两座滑翔机，20米的机翼跨度–柔性、低阻尼结构•分析三种结构:–结构A,Rakeangle=-1°–结构B,Rakeangle=-5°–结构C,Rakeangle=-10°•机翼的扭转响应将随着前倾角变化（Rakeangle）–这将改变在机翼周围的流体流动，因此将改变其空气动力学性能Dehning,C.,P.Post,C.Rumpler,K.Wolf,C.Ledermann,F.Hurlimann,P.Ermanni,“Fluid-StrukturkopplungenmitMpCCI,”2004专业工程软件与服务提供商模型说明•ABAQUSmodel–~37,000S4/S3elements–Largegeometriceffects–Linear-elasticcompositeproperties•FLUENTmodel–~723,000tetrahedralcells–Incompressiblelaminarflo专业工程软件与服务提供商结果对比•Comparisonsbetweenarigidwing(CFD-onlyanalysis)andanelasticwing(FSIsimulation)•TheeffectofforwardrakeangleontheaerodynamicresponseisnotcapturedbyCFD-onlysimulations•AnincreaseinliftanddragforcesisobservedwithalargernegativerakeangleforFSIsimulations•ThestructuralbehaviorisimportantinordertoobtainaccuratepredictionoftheaerodynamicgliderresponseLift(elastic)Drag(elastic)Lift(rigid)Drag(rigid)Aerodynamicforcesat140km/h：发动机水套冷却分析•利用ABAQUS-FLUENT联合模拟传热分析，然后用ABAQUS单独分析热应力•结构和CFD模型由Deutz,AG提供•仿真目标–获得稳态的温度分布–获得可靠的热应力分布专业工程软件与服务提供商气缸盖模型•~290,000DC3D4elements(heattransferanalysis)•Castironwaterflowgasexhaust专业工程软件与服务提供商流体和固体模型•Complexgeometry•530,000tetrahedralcellsFLUENTABAQUS阀耐有限公司的流体流动阀模拟•定制的工程阀,