FSI-Abaqus-耦合计算-简单说明

简单说明May2013概要•引言•必要的版本•必要的程序库•模型描述•STAR-CCM+设定•修正Abaqus输入文件•实行Co-Simulation计算•其他引言背景•STAR-CCM+v7.04以及以后的版本、都可以与Abaqus进行双向的流固耦合解析计算•许多参数设置可以在GUI界面中进行设置，操作更为简单快捷•STAR-CCM+与Abaqus可以自动的进行相互间数据的传递•为了实现双向流固耦合计算，需要使用Abaqus的Co-simulation功能，Abaqus的这一功能需要特定的licence•STAR-CCM+不需要特定的licence目的•使用现有的模型，详细介绍使用STAR-CCM+与Abaqus进行双向流固耦合计算设置的步骤•讲解相关物理模型参数的含义，注意在设定过程中的关键步骤要求的版本&环境变量•要求的版本•STAR-CCM+：7.04.006或者更高版本•Abaqus：6.12-1或者更高•需要设定以下环境变量的路径•setenvABAQUS/u/netapps/abaqus/6.12-1/Commands•setenvSIMULIA_CSE_LIBS/u/netapps/abaqus/6.12-1•setpath=(.$ABAQUS$SIMULIA_CSE_LIBS$path)模型描述•流体分析与结构分析都是非定常分析•双向流固耦合解析计算•STAR-CCM+开始进行流场的计算•STAR-CCM+将压力以及剪切力传递给Abaqus•Abaqus根据耦合界面的载荷进行解析计算•Abaqus把位移量传递给STAR-CCM+•STAR-CCM+使用“Morpher”功能，根据Abaqus计算出来的位移量进行网格的移动•STAR-CCM+计算更新•重复上面的步骤•耦合求解的类型•隐式求解：在时间步长内进行数据的相互交换•显式求解：在时间步长结束时进行数据的相互交换流体计算域固体计算域流体–空气固体–比较柔软的线性材料模型描述密闭空间FSI界面固定壁面固定对称面边界FSI界面物理模型设置设置有效的耦合计算解析模型•打开ccmsample_start.sim文件•Continua-Physics1，右击打开，选择“Selectmodels”•选择“Co-Simulation”•勾选“Auto-selectrecommendedmodels”选项，选择“AbaqusCo-Simulation”模型增加Co-Simulation计算模型•点击Co-Simulation，右击选择“New”•增加“AbaqusCo-Simulation1”选项•以下各窗口的属性设置如下所示Co-Simulation参数设置（１）•设定“AbaqusCo-Simulation1”的参数•导出的场函数如下Pressure,WallShearStress•导入的常函数如下NodalDisplacement•流固耦合边界：指定载荷与位移数据交换的边界Plate_FSI•当前的工作名：任意计算时的文件名(JobName.sim)•输出文件在Abaqus生成的“*.inp”文件中指定了文件输出•耦合计算的方法选择“显式求解”或者“隐式求解”（本算例选择隐式求解）•时间推进的顺序时间推进的顺序由那一边先进行求解决定选择“AbaqusLeads”将会更有利于计算的收敛•耦合计算的通讯方法在这里，可以控制耦合计算的时间然而，流体解析与固体解析选用同样的时间步长，对于计算的收敛有利•如果选用同样的时间步长，选择“Constant”即可•指定ABAQUS的单位与STAR-CCM＋的单位系统相同Co-Simulation参数设置（２）设置Morpher•设置Morpher参数使网格能够正常变形•Tool-选择Motion右击，选择New•选择Morphing•Regions-Region1-PhysicalValues-MotionSpecification，指定Motion的类型为“Morphing”Morpher边界条件•对于壁面，Morpher默认的设置为Fixed•同样的，壁面在平面内的运动也被限制•壁面需要设置为“AbaqusCo-Simulation”，才可以实现载荷⇔位移的变化Regions-Boundaries-Plate_FSI-PhysicalConditions-选择“Morpher”将Method改为“AbaqusCo-Simulation”修正Abaqus输入文件•通常设置Abaqus为非定常计算•“时间步长”与“最大物理时间”与流体设置相同流固耦合计算的时间步长，推荐流体解析与固体解析使用同样的时间步长•在Abaqus的输入文件中设置出口•增加以下的文本内容**OUTPUTREQUESTS***Output,field,timeinterval=0.05,timemarks=yes*nodeoutputU,CF,*elementoutputS,***CO-SIMULATION,NAME=ccmsample,PROGRAM=Multiphysics,CONTROLS=controls*CO-SIMULATIONREGION,TYPE=SURFACE,EXPORTASSEMBLY_sfsi_interface,U*CO-SIMULATIONREGION,TYPE=SURFACE,IMPORTASSEMBLY_sfsi_interface,CF***CO-SIMULATIONCONTROLS,NAME=controls,CouplingScheme=iterative,SchemeModifier=Lead,StepSize=0.05,TIMEINCR=Subcycle,TIMEMARK=YES***EndStepAbaqus输入文件(.inp)概览*Heading****PlateViVAnalysis**Units:m,kg,s***Node1,0.00249999994,-0.0399999991,0.2,0.00249999994,-0.0350000001,0....*Element,type=C3D8R,elset=plate1,358,359,376,375,1,2,19,182,359,360,377,376,2,3,20,19...*SolidSection,elset=plate,material=Matl-1...***Surface,type=ELEMENT,name=fsi_interfacefsi_interface_S1,S1...***Material,name=Matl-1*Elastic38.4e6,0.3*Density4096**......***Step,name=Step-1,nlgeom=YES,inc=1000000*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4***Restart,write,num=1***Output,field,timeinterval=4e-3*NodeOutputU,CF*ElementOutputS,***Co-Simulation,name=plateviv,program=MULTIPHYSICS,controls=c1*Co-SimulationRegion,type=SURFACE,exportfsi_interface,U*Co-SimulationRegion,type=SURFACE,importfsi_interface,CF***Co-SimulationControls,name=c1,couplingscheme=GAUSS-SEIDEL,schememodifier=LEAD,stepsize=5e-4,timeincr=SUBCYCLE***EndStep-使用文本编辑器增加耦合计算需要添加的项目声明单位时间步长定义耦合算法网格固体材料属性定义输出以及restart文件设置Co-Simulation关键字FSI交界面Abaqus输入文件（.inp)详解（１）单位，载荷传递边界条件以及物性设置*Heading****PlateViVAnalysis**Units:m,kg,s***Node1,0.00249999994,-0.0399999991,0.2,0.00249999994,-0.0350000001,0....*Element,type=C3D8R,elset=plate1,358,359,376,375,1,2,19,182,359,360,377,376,2,3,20,19...*SolidSection,elset=plate,material=Matl-1...***Surface,type=ELEMENT,name=fsi_interfacefsi_interface_S1,S1...***Material,name=Matl-1*Elastic38.4e6,0.3*Density4096**...必须注明单位、单位与在CCM+中指定的单位一致传递载荷的边界条件列出其名称在本算例中，名称为“Plate_FSI”记录物性值杨氏模量、泊松比、密度注意单位Abaqus输入文件(.inp)详解（2）设置相关的时间参数***Step,name=Step-1,nlgeom=YES,inc=1000000*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4指定时间步长时间步长最大内部时间步长最小内部时间步长最大物理时间是否有非线性效果最大increment数Increment中残差的允许值Abaqus输入文件(.inp)详解（3）设置相关的时间参数設定項目内容设定方法时间步长*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4•非定常分析的时间步长•与流体解析的时间步长相同最大物理时间*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4•实际计算的物理时间•与流体的最大物理时间相同最小内部时间步长*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4•在一个时间步长内，最小的时间步长•比时间步长小2-4个数量级最大内部时间步长*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4•在一个时间步长内，最大的时间步长•流体解析与固体解析的非定常时间步长相同非线性效果*Step,name=Step-1,nlgeom=YES,inc=1000000•是否包含大位移以及大变形的非线性效果•nlgeom=YES：考虑非线性变形•nlgeom=NO：不考虑非线性变形最大increment数*Step,name=Step-1,nlgeom=YES,inc=1000000•一个时间步长内迭代的最大数目•「最大/最小内部时间步长」在上述参数之前添加该值•“AbaqusCAE”中没有写入，需要使用文本编辑器进行添加（默认设定为100）incrment中残差的允许值*Dynamic,haftol=1.0e55e-4,0.1,1e-6,5e-4•时间步长内允许的残差（误差）的最大值•HAFTOL的单位是力的单位，允许误差设置的比较大的话，计算结果的误差也会变得相应增大•该值设置为问题中包含力的10倍到100倍之间即可•没有必要注明，可以不用写（默认会自动进行判定）Abaqus输入文件(.inp)详解（４）设置結果输出（EX1）*Restart,write,num=1***Output,field,timeinterval=4e-3*NodeOutputU,CF*ElementOutputS,**控制restart文件输出的间隔控制结果文件的输出（EX2）**OUTPUTREQUESTS***Restart,writ