发布时间 : 星期六 文章ANSYS耦合场分析指南更新完毕开始阅读731bd50d763231126edb11df
静电场分析结果中的力[FORC] 结构分析中作为力载荷 磁场分析结果中的焦耳热[HGEN] 热或FLOTRAN中作为体积载荷（热源） 电流传导分析结果中的源电流密度在磁场分析中作为体载荷（电流密[JS] 度） FLOTRAN分析结果中的压力[PRES] 任何分析结果中的反作用力[REAC] FLOTRAN分析结果中的热通量[HFLU] 在结构分析中（实体或壳单元）作为表面载荷（压力） 任何分析中的力载荷 热分析中单元的表面载荷（热通量） 高频电磁分析中热通量[EHFLU] 热分析中单元的表面载荷（热通量） FLOTRAN分析结果中的对流系数及在热分析中作为表面（对流系数及流流体平均温度[HFLM] 体平均温度） 2.4.1兼容的单元类型
在不同物理环境中单元兼容的准则，有许多细则要确定。在深入了解这些细则以前，需要弄清以下几个术语：
单元基本形状：
单元的基本形状具有缺省的配置，在ANSYS单元手册中有详细描述。对于实体单元，单元基本形状包括：四边形、三角形、六面体（砖块）、四面体。
单元退化形状：
许多单元可以从基本形状退化。例如四边形单元可以退化成三角形，六面体单元可以退化成楔形单元、四面体单元或金字塔形单元
单元阶次：
ANSYS单元（P单元除外），可分为低阶（一阶）或高阶（二阶）形式。高阶单元具有中节点。低阶单元没有中间节点。有许多情况，可以生成没有中节点的高阶单元
在所有的多物理环境中，单元类型必须保持相同的单元基本形状。如果一种单元允许有退化形状，在其它物理环境中对应的单元类型必须可以退化成同样的形状。例如：Solid 92（10节点四面体结构单元）与Solid 87（10节点四面体热单元）可以兼容。但Solid92与Solid90（20节点热单元）的退化的四面体单元不能兼容。
在不同物理环境中不同阶数的单元可能兼容也可能不兼容。使用LDREAD命令读取载荷可以确定单元的兼容性。此外，有些单元类型有特定的KEYOPT选项，支持低阶或高阶耦合载荷传递。
下列载荷可以从一阶或二阶单元中读取，并加载到另一个物理环境中的一阶或二阶单元上：
?体积载荷温度（TEMP）；
?体积载荷单元热生成（HGEN）； ?源电流密度(TS)； ?表面压力（PRES）； ?表面热通量（HFLU）；
?表面对流系数及环境温度（HFLM）； 需要单元阶次兼容的载荷： ?力载荷（FORC） ?反作用载荷（REAC）
以下的电磁场单元支持结构单元的一阶或二阶设定：PLANE53，PLANE121，SOLID122，SOLID123。
如果物理环境的建立需要转换单元阶次，必须初始用高阶单元划分网格。表2－2列出部分兼容的单元类型。
表2-2 物理环境中兼容的单元类型[1][2]
结构 热 电磁 静电 流体 电流传导 SOLID97, SOLID5, SOLID122[4] SOLID142 SOLID117[3] SOLID69 SOLID98, HF119[3] SOLID123[4] — — SOLID98 SOLID5, SOLID69 SOLID45 SOLID70 SOLID92 SOLID87 SOLID95 SOLID90 SOLID117, HF120 SOLID122 PLANE42 PLANE55 PLANE2 PLANE35 PLANE82 PLANE77 SHELL63 SHELL57 LINK1 LINK32 LINK8 LINK33 PLANE13, PLANE53[4] — PLANE53 — — — PLANE121[4] FLUID141 PLANE67 — PLANE121 — — — — — — — — — PLANE67 SHELL157 LINK68 — 1．如果网格包含退化的单元形状，相应的单元类型必须允许相同的退化形状。例如，
网格包括FLUID142金字塔单元，就与SOLID70单元不兼容。SOLID70单元不能退化为金字塔形状。
2．要兼容带有VOLT自由度的单元必须有相同的反力（见ANSYS Electromagnetic Field Analysis Guide中的单元兼容一节）。
3．需要力只支持一阶单元。
4．需要力时支持一阶单元需要单元KEYOPT的设定。 2.4.2可以使用的结果文件类型
在一个间接耦合场分析或物理环境耦合场分析中，要用到包含不同类型的几个结果文件类型。所有结果文件将有相同的文件名（用/Filename命令设定或Utility Menu:>File>Change Jobnane）。区分这些结果文件，查看它们的扩展名：
Jobname.RFL Jobname.RMG Jobname.RTH Jobname.RST FLOTRAN结果文件； 电磁场分析结果文件 热分析结果文件 所有其他类型的结果文件（结构及多物理场） 2.4.3瞬态流体-结构分析
对瞬态流体-结构分析，相应于流体边界条件逐渐改变的间隔点需要进行结构分析。例如假定要执行从2.0秒执行结构分析，进口速度从0秒时的1.0in/sec渐变到4秒时的5.0in/sec。首先在2.0秒以通常的方式执行结构分析。当执行PHYSICS，READ，FLUID时（Main Menu>Solution>Physics Environ>Read）恢复流体分析，可以重新施加瞬态渐变载荷。在第2.0秒施加进口速度为3.0in/sec然后通过执行下列命令表明这是老边界条件：
命令:FLOCHECK,2
GUI:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Flocheck
这意味着2.0秒的进口边界条件3.0in/sec是渐变的起点。然后输入最终的渐变载荷点，第四秒的速度5.0in/sec。利用下面方法指定渐变边界条件：
Command(s):FLDATA4,TIME,BC,1
GUI:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Execution Ctrl 利用通常的SOLVE命令执行瞬态分析。
更多关于施加瞬态边界条件的信息，参见§6。 2.5使用物理环境运行一个顺序耦合场分析
本节将详细描述怎样使用物理环境进行顺序耦合场分析。 1．创建满足所有物理环境的模型，要劳记以下几点：
?ANSYS实体模型的每一个面或体，都要定义对应的单元类型、材料属性、实常数。所有的实体模型图元应当有单元类型号、实常数号、材料号及单元坐标系号。（而这些编号对应的属性，在每个物理环境中是不同的。）
?面或体的特定分组将用于两个或更多物理环境，所用模型的网格必须能满足所有物理环境。
2．创建物理环境，对每一物理过程执行这一步，作为耦合场分析的一部分。
?根据《ANSYS Analysis Guide》中的不同内容确定每个物理分析要设定的内容； ?定义每个物理过程模拟所需的单元类型（例如：FLOTRAN中ET，1，141或ET，2，142等；电磁场分析中，ET，1，13或ET，2，117等）。如果某个区域在某一物理分析中不涉及到，则设为0单元（TYPE＝0，ET，3，0），零单元在分析中将被忽略。
?定义材料属性，实常数，单元坐标系，与前面定义的属性号对应。
?将单元类型，材料，实常数及单元坐标系的编号赋予实体模型的面或体。使用AATT命令（Main Menu>Preprocessor>Attributes>All Areas or Picked Areas）或VATT命令（Main Menu>Preprocessor>Attributes>All Volumes or Picked Volumes）。
?施加基本物理载荷及边界条件。这些条件在整个迭代过程中的每一物理环境的执行中都是相同（对于稳态问题）
?设定所有的求解选项
?给物理环境选择一个标题，执行PHYSICS，WRITE命令。例如，在流体－磁场分析中，你可以使用如下命令写入物理环境文件：
Command: PHYSICS, WRITE, FLUIDS
GUI：Main Menu>Preprecessor>Physics Environ>write
?清空数据库中当前的物理环境，准备创建下一个物理环境。通过执行PHYSICS，Clear选项。
Command：PHYSICS, CLEAR
GUI：Main Menu>Preprocessor>Physics Environ>clear ?按以上步骤准备下一个物理环境。
?执行SAVE命令保存数据及物理环境文件指针。
假设此多物理场耦合分析的工作文件名为“Induct”，并写了两个物理环境文件，
这两个文件名分别为Induct.PH1和Induct.PH2。要了解PHYSICS命令的更多信息请查阅《ANSYS Commands Reference》。
3. 执行顺序耦合多物理场分析，依次进行物理分析，例如： /solu!进行求解
physics, read, magnetics !读入磁场分析，物理环境 Solve Finish
/solve
physics, read, fluids
LDREAD, FORCE,,,,2,,rmg !读入洛仑兹力 Solve
LDREAD中的扩展名确定读入的结果文件类型，热分析结果从Jobname.rth文件中读入，除电磁和流体以外的其他结果文件从Jobname.rst文件中读入。 2.5.1网格更新
耦合场分析经常遇到场域（静电、电磁、流体）及结构域产生大变形。这种情况下，要获得耦合场的收敛解常常有必要更新非结构区域的有限元网格，使之与已变形的结构区域重合并且在场求解与结构求解间进行递归循环。
图2-3，表明了一个典型的静电-结构耦合的问题，需要网格更新。这个问题中，梁放在接地平板的上方，给梁一个电压引起它朝接地平板偏移（由静电力引起）。随着梁的偏移静电场也在改变，随梁与接地平板的靠近作用到梁上的作用力在增加，当静电力与梁的弹性恢复力达到平衡时则达到稳定。
图2－3接地平板上的梁
要运行这个问题的模拟要求调整网格区域使之与变形的结构网格重合。在ANSYS中这种调整称为网格随移。
为实现网格随移，需要执行DAMORPH命令（修改依附于面上的单元），DVMORPH命令（随移依附于体上的单元），或DEMORPH命令（随移已选择的单元）。用RMSHKY选项定义下列三种网格随移方式之一：
?随移-程序移动场网格的节点和单元以与变形的结构网格重合。这种情况下，不生成任何新的节点和单元，也不会从场域去掉任何节点或单元。
?重新划分网格-程序去掉场区域网格，并代之以新的与变形结构一致的网格。重新划分网格并不改变结构网格。程序会连接新场网格与已有变形结构网格的节点和单元。
?随移或重新划分网格-程序试图首先对场网格进行随移。如果随移失败，程序将变换到重新划分选择场区域。这是缺省的设定。
网格随移只影响节点和单元。它不改变实体模型位置（关键点，线，面，体）。它保留节点和单元与实体模型的相关性。对选择随移的区域依附于关键点，线，面内部的节点和单元来讲随移偏移了这些图元但它们的相关性仍然保留。
应当留意经历了网格随移区域边界条件及载荷的施加。施加到节点和单元上的边界条件只有对随移选项是适当的。如果边界条件和载荷是直接施加到节点和单元上的，则DAMORPH，DVMORPH及DEMORPH命令要求在重新划分网格前将载荷及边界条件删除。直接施加到实体模型上的边界条件和载荷可以正确传递到新网格上。因为缺省的选项为随移或重新划分网格，最好只分配实体模型边界条件。
随移算法使用ANSYS形状检查逻辑估计单元是否适于随后的求解。在得到形状检查参数随移单元时会查询单元类型。有些情况随移区域的单元类型可能为零单元（类型零），这种情况下形状检查准则不如具体的分析单元类型严格。为避免这种情况，在执行随移命令前将零单元类型重新分配单元类型。