System Coupling帮助文档中的实例

System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Overview of the Problem to Solve This tutorial uses an example of an oscillating plate to demonstrate how to set up and run a simulation involving two-way Fluid-Structure Interaction in ANSYS Workbench. In this tutorial, the structural physics is set up in the Transient Structural analysis system and the fluid physics is set up in the Fluid Flow (FLUENT) analysis system, but both structural and fluid physics are solved together under the Solution cell of the System Coupling system. Coupling between two analysis systems is required throughout the solution to model the interaction between structural and fluid systems as time progresses. The framework for the coupling is provided by the System Coupling component system. The geometry consists of a 2D closed cavity and a thin plate, 1 m high, that is anchored to the bottom of the cavity as shown below: An initial pressure of 100 Pa is applied to one side of the thin plate for 0.5 seconds in order to distort it. Once this pressure is released, the plate oscillates backwards and forwards as it attempts to regain its equilibrium (vertical) position. The surrounding fluid damps the plate oscillations, thereby decreasing the amplitude of oscillations with time. The FLUENT solver calculates how the fluid responds to the motion of the plate, and the ANSYS solver calculates how the plate deforms as a result of both the initial applied pressure and the pressure resulting from the presence of the fluid. Coupling between the two solvers is required since the structural deformation affects the fluid solution, and the fluid solution affects the structural deformation. Release 14.5 - © SAS IP, Inc. All rights reserved. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Creating the Project 1. Start ANSYS Workbench: To launch ANSYS Workbench on Windows, click the Start menu, then select All Programs > ANSYS 14.5 > Workbench 14.5 . To launch ANSYS Workbench on Linux, open a command line interface and enter the path to runwb2.  For example: ~/ansys_inc/v145/Framework/bin/Linux64/runwb2 The Project Schematic appears with an Unsaved Project. By default, ANSYS Workbench is configured to show  the Getting Started dialog box that describes basic operations in ANSYS Workbench. Click the [X] icon to  close this dialog box. 2. Create a directory where you will store your project (this is your working directory). For example, under My Documents, create a directory named SystemCouplingPlateTutorial. 3. Select File>Save or click Save   . 4. Select the path to your working directory to store files created during this tutorial. 5. Under File name, type SystemCouplingOscillatingPlate and click Save. The project files and their associated folder locations appear under the Files view. To make the Files view  visible, select View>Files from the main menu of ANSYS Workbench. 6. This tutorial uses the geometry file, oscillating_plate.agdb, for setting up the project. To access tutorials  and their input files on the ANSYS Customer Portal, go to http://support.ansys.com/training. Copy the supplied geometry file, oscillating_plate.agdb, to the SystemCouplingOscillatingPlate_files  directory that was created in your working directory when you saved the project. By working with a copy of the geometry file in your working directory, you prevent accidental changes to the  original geometry file. 7. Ensure that Named Selections will be transferred between applications: a. From the Project page, select Tools>Options>Geometry Import. b. In the Basic Options section, check the box for Named Selections and remove NS from Filtering Prefixes. c. Click OK. Release 14.5 - © SAS IP, Inc. All rights reserved. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Preparing for an Optional Command-line Run This tutorial runs from within Workbench. However, you also have the option of taking files created from applications running in Workbench and performing a second system coupling run from a command line. If you want to try this alternative, follow the instructions below to prepare the locations where this second system coupling run will be performed. As you work through the tutorial in Workbench, you will be prompted to add source files from the applications running in Workbench to the directories you create here. To prepare a directory structure for executing the analysis from a command line: 1. Create a high-level directory named SystemCouplingOscillatingPlate_CmdLine. This directory should be a sibling to SystemCouplingOscillatingPlate. 2. In the SystemCouplingOscillatingPlate_CmdLine directory, create subdirectories within which the Mechanical APDL, FLUENT, and System Coupling service executables will be run. Name these subdirectories: Structural, FluidFlow, and Coupling. Release 14.5 - © SAS IP, Inc. All rights reserved. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Adding Analysis Systems to the Project In ANSYS Workbench, a two-way FSI analysis can be performed by setting up a coupled pair of analysis systems, the  pair consisting of a Transient Structural system and a Fluid Flow (FLUENT) system, as outlined in this section. 1. From the Analysis Systems toolbox located on the left side of the ANSYS Workbench window, select the  Transient Structural template. Double-click the template, or drag it onto the Project Schematic to create a  standalone system. A Transient Structural system is added to the Project Schematic, with its name selected and ready for  renaming. 2. Type in the new name, Structural, to replace the selected text. This name will be used to refer to the Transient  Structural system in this tutorial. If you missed seeing the selected text, right-click the first cell in the system and select Rename from the  context menu. The name will then be selected and editable. 3. Drag a Fluid Flow (FLUENT) Analysis System on top of the Structural system Geometry cell (A3) and drop it  there. A Fluid Flow (FLUENT) system, coupled to the ANSYS system, is added to the Project Schematic. 4. Change the name of this system to Fluid; this name will be used to refer to the Fluid Flow (FLUENT) system in  this tutorial. 5. Expand the Component Systems toolbox, drag a System Coupling system and drop it to the right of the  Fluid Flow (FLUENT) system. 6. Drag the Structural system's Setup cell (A5) and drop it on the Setup cell in the System Coupling system (C2). 7. Drag the Fluid system's Setup cell (B4) and drop it on the Setup cell in the System Coupling system (C2). 8. Save the project: click Save   . The Project Schematic should appear as shown in Figure 11: System Coupling of Transient Structural and Fluid Flow  (FLUENT) Systems. Figure 11:  System Coupling of Transient Structural and Fluid Flow (FLUENT) Systems   The Structural and Fluid systems contain various cells. ANSYS Workbench provides visual indications of a cell's state at  any given time via icons on the right side of each cell. In Figure 11: System Coupling of Transient Structural and Fluid  Flow (FLUENT) Systems, most cells appear with a blue question mark (  ), indicating that cells need to be set up  before continuing the analysis. As these cells are set up, the data transfer occurs from top to bottom. See  Understanding Cell States for a description of various cell states. Now the project is ready for further processing. A project with interconnected systems enables you to perform the  analysis by adding a new material, sharing the geometry, setting up the physics in the Structural system, and setting up  the physics in the Fluid system. Later, you will perform the analysis in the Fluid system and view the results. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 2 In Figure 11: System Coupling of Transient Structural and Fluid Flow (FLUENT) Systems, the Engineering Data cell  appears in an up-to-date state because a default material definition is already available for the project. However, the  default material is not used in this tutorial. Thus, the next step in the analysis is to add a new material with properties  desired for exhibiting an oscillation under the influence of external pressure, as outlined in Overview of the Problem to  Solve. You can create the new material using the Engineering Data application in ANSYS Workbench, as described in the  next section. Release 14.5 - © SAS IP, Inc. All rights reserved. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Adding a New Material for the Project You will create a new material named Plate, define its properties to be suitable for oscillation, and set it as the default  material for the analysis. 1. On the Project Schematic, double-click the Engineering Data cell in the Structural system. The Outline and Properties windows are among the windows that appear. 2. In the Outline of Schematic A2: Engineering Data window, click the empty row at the bottom of the table  to add a new material for the project. Type in the name Plate. When you click away from that cell, Plate is created and appears with a blue question mark, indicating that its  properties need to be defined. 3. From the Toolbox, located on the left side of the ANSYS Workbench window, expand Physical Properties.  Select Density and drag it onto the cell containing Plate in the Outline of Schematic A2: Engineering Data window. Note:  If the toolbox is not visible by default, select View>Toolbox to make it visible. Density is added as a plate property in the Properties of Outline Row 4: Plate window, as shown in the  following figure. 4. In the Properties of Outline Row 4: Plate window, set the Value of Density to 2550. 5. Similarly, from the Linear Elastic toolbox, drag Isotropic Elasticity onto Plate in the Outline of Schematic A2: Engineering Data window. Isotropic Elasticity is added as the plate property in the Properties of Outline Row 4: Plate window. 6. In the Properties of Outline Row 4: Plate window, expand Isotropic Elasticity by clicking the plus sign.  Now set Young’s Modulus to 2.5e06 [Pa] and Poisson’s Ratio to 0.35. The desired plate data is created and is available to the remaining cells in the Structural system. The next step is to set  Plate as the default material for the analysis as outlined below: 1. In the Outline of Schematic A2: Engineering Data window, under Material, right-click Plate and select  Default Solid Material For Model. 2. From the main menu, select File>Save to save material settings to the project. 3. From the toolbar, click    to close the Engineering Data workspace and return to the Project  Schematic. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 2 Release 14.5 - © SAS IP, Inc. All rights reserved. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Adding Geometry to the Project You will add geometry by importing an existing DesignModeler file and unsuppressing geometry parts in order to make  the latter available for subsequent cells in the Structural and Fluid systems. 1. On the Project Schematic, right-click the Geometry cell in the Structural system and select Import  Geometry>Browse. 2. In the Open dialog box, select oscillating_plate.agdb from your working directory, and click Open. 3. In the Structural system, double-click the Geometry cell to edit the geometry using DesignModeler. Note:  Because the Geometry cell in the Structural system shares its content with the Geometry cell  in the Fluid system, the latter cannot be edited. In DesignModeler, the Tree Outline contains Part (which contains the fluid bodies) and the solid body, under the  branch named 2 Parts, 6 Bodies, as shown in Figure 12: Tree Outline View in DesignModeler. Figure 12:  Tree Outline View in DesignModeler   For this tutorial, all bodies will be unsuppressed in DesignModeler so that all geometry data is transferred to the  subsequent cells in the Structural and Fluid systems. Later in the tutorial, the Fluid and Solid bodies will be suppressed  selectively in the Structural and Fluid systems, respectively, before generating an appropriate structural or fluid mesh. This finishes the geometry setup for the project. Save these changes by selecting File>Save Project from the main  menu in DesignModeler, and then select File>Close DesignModeler to return to the Project Schematic. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 2 Now the updated geometry is available for both the Structural and Fluid systems. Release 14.5 - © SAS IP, Inc. All rights reserved. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 1 Defining the Physics in the Mechanical Application This section describes the step-by-step definition of the structural physics: Generating the Mesh for the Structural System Assigning the Material to the Geometry Setting the Basic Analysis Values Preparing Mechanical for ANSYS Workbench Restarts Inserting Loads Generating the Mesh for the Structural System To generate the mesh for the Structural system: 1. On the Project Schematic, double-click the Model cell in the Structural system to open the Mechanical  application. 2. In the Mechanical application tree view, under Geometry, there are two geometries, Part and solid. Click Zoom to Fit    to view the entire model in the Graphics window. For the Structural system, the mesh needs to be generated from the solid body. The fluid body will be  suppressed before the mesh generation operation. 3. Right-click the Part geometry and select Suppress Body from the shortcut menu. The fluid body becomes suppressed and its status changes to an x mark. If necessary, click Zoom to Fit     to resize the model. 4. Select solid, then click Edge   . You will define the mesh by marking divisions on the edges of the solid.  These divisions will be used as guides for the mesh creation: a. Click an edge that lies parallel to the X axis. b. Right-click Mesh in the tree view and select Insert>Sizing. c. In the Details view, beside Geometry click 1 Edge, then click the Apply button that appears. d. Beside Type, select Number of Divisions from the drop-down menu. e. Beside Number of Divisions, select 1. 5. Repeat steps a to e to create 4 divisions on an edge that is parallel to the Z axis and 10 divisions on an edge  that is parallel to the Y axis. To summarize: Edge Direction Number of Divisions X axis 1 Y axis 10 Z axis 4 6. In the tree view, right-click Mesh and select Generate Mesh from the shortcut menu. The hex mesh is generated. Assigning the Material to the Geometry To assign the material to the geometry: 1. In the Mechanical application, select Project>Model>Geometry>solid. The details of solid appear in the Details view. 2. In the Details view, ensure that Material>Assignment is set to Plate. Otherwise, click the material name  and use the arrow that appears next to the material name to make the appropriate change. Setting the Basic Analysis Values System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 2 This section outlines the steps to set up a System Coupling run using the transient mechanical analysis, with a timestep  of 0.1 s and a time duration of 10 s. For the given material properties of the plate, the time duration is chosen to allow  the plate to oscillate just a few times, and the timestep is chosen to resolve those oscillations to a reasonable degree. 1. In the Mechanical application, select Project>Model>Transient>Analysis Settings. The details of Analysis Settings appear in the Details view below the Outline tree view. 2. In the Details view, specify the following settings under Step Controls: Note:  Do not type in units while entering data for the time settings, Step End Time and Time  Step. 1. Set Step End Time to 10. 2. Set Auto Time Stepping to Off. 3. Set Time Step to 0.1 (the System Coupling input will override this value). Preparing Mechanical for ANSYS Workbench Restarts You should ensure that Mechanical retains restart files at the end of the solution process, whether it is a partial or a  complete solution, in the event that Workbench needs to be restarted. To specify this option for an individual Mechanical session: 1. Under Restart Controls, ensure that Retain Files After Full Solve is set to Yes. 2. To specify this as the default option for all subsequent Mechanical sessions, select Options from the  Mechanical Tools menu, highlight Analysis Settings and Solution and, under Restart Controls, set  Retain Files after Full Solve to Yes. 3. Click OK. Note:  Changes to any global preferences in Mechanical take effect the next time Mechanical is started. Inserting Loads The loads applied for the finite element analysis are equivalent to the boundary conditions in a fluid analysis. In this  section, you will set a fixed support, a fluid-solid interface, and a pressure load. On the surfaces of the plate that lie  coincident with the symmetry planes, no loads are set. As a result, the default of an unconstrained condition will be  applied on these surfaces. For this particular application, this is a reasonable approximation of the frictionless support  that would otherwise be applied. Defining the Fixed Support The fixed support is required to hold the bottom of the thin plate in place. 1. Right-click Transient in the tree view, and select Insert>Fixed Support from the shortcut menu. 2. Rotate the geometry using the Rotate    button so that the bottom (low-y) face of the solid is visible, then  select Face    and click the low-y face. That face is highlighted to indicate the selection. 3. In the Details view, click Apply beside Geometry to set the fixed support. Tip:  If the Apply button is not visible, select Fixed Support in the tree view and, in the  Details view, click the text next to the Geometry setting to make the Apply button reappear. The text next to the Geometry setting changes to 1 Face. System Coupling User's Guide Contains proprietary and confidential information of ANSYS, Inc. and its subsidiaries and affiliates Page: 3 Configuring the Fluid-Solid Interface The fluid-solid interface defines the interface between the fluid in the Fluid system and the solid in the Structural system.  This interface is defined on regions in the structural model. Data is exchanged across this interface during the execution  of the simulation. 1. Right-click Transient in the tree view and select Insert>Fluid Solid Interface from the shortcut menu. 2. Using the same face-selection procedure described earlier in Defining the Fixed Support, select the three faces  of the geometry that form the interface between the structural model and the fluid model (low-x, high-y and  high-x faces) by holding down Ctrl to select multiple faces. 3. In the Details view, beside Geometry click Apply. Note that this load (fluid-solid interface) is automatically given an Interface Number of 1. Configuring the Pressure Load The pressure load provides the initial additional pressure of 100 [Pa] for th