如何使用 3DEXPERIENCE平台开展流固耦合（FSI）仿真

3DEXPERIENCE 平台上的仿真工具赋能设计师与工程师解决流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI） 问题。凭借先进的网格划分能力、稳定可靠的求解器以及云计算技术，3DEXPERIENCE 仿真能够简化产品设计全流程。

将计算流体动力学角色（流体动力学工程师） 与有限元分析角色（结构力学工程师） 搭配使用，即可完成流固耦合仿真。借助这两款工具，在处理由传统结构载荷与流体耦合作用产生的耦合应力时，无需再对设计进行主观估算。

什么是流体动力学工程师角色？

3DEXPERIENCE 平台上的流体动力学工程师（Fluid Dynamics Engineer, FMK） 角色，依托先进的计算流体动力学（CFD）技术，可仿真流体流动、热量传递过程，并评估产品设计在实际工况下的性能表现。这款云端仿真工具的核心特性包括：能够更精准捕捉边界层的高保真网格划分能力，以及集成多种仿真模型（如用于湍流模拟的 Spalart-Allmaras 模型）。

什么是结构力学工程师角色？

结构力学工程师（Structural Mechanics Engineer, SSU） 角色，在统一的云端环境中，依托行业成熟的 Abaqus 求解器，开展产品结构完整性评估。该角色不受本地硬件资源限制，支持用户将仿真求解任务提交至 3DEXPERIENCE 云端，快速求解复杂工程问题。

如何开展流固耦合仿真？

通过组合使用上述两个角色，3DEXPERIENCE 平台实现了流体仿真与结构仿真的无缝集成，在流固耦合应用场景中表现卓越。借助 3DEXPERIENCE 平台，团队可快速在不同仿真域之间切换，完成设计方案的全流程验证。

在 3DEXPERIENCE 平台中关联结构分析与流体分析项目

流体分析设置

本案例以广告牌装配体为研究对象，开展外部流体分析，模拟模型正面承受强风载荷的工况，以此仿真狂风作用下广告牌的受力响应，验证其在恶劣工况下的结构稳定性。

初始流体条件

在 X 方向设置速度入口边界条件，流体以 40m/s 的速度冲击广告牌正面。在计算域的另一端，定义 0N/m² 的静态表压，确保仿真中流体的流动状态符合实际物理规律。

定义速度入口初始条件

为模拟广告牌周围的空气流动，在广告牌的侧面（风流经区域）设置滑移边界条件；在结构的基座位置设置默认的无滑移边界条件，模拟广告牌支撑结构的固定基座。

为仿真项目设置滑移壁面

流体域网格划分

本案例采用六面体主导网格对流体域进行精准仿真。此外，在基础粗网格的基础上，额外定义三层边界层网格，提升流体与固体交界面处的计算精度。

划分完成的流体域网格

端口区域设置

由于 CFD 分析得到的流体压力结果将用于后续结构分析，需定义端口区域（Port Region），实现结构分析流程与流体分析流程的耦合。这种耦合方式可在流体流动仿真与结构仿真之间实时交换数据，保障流固耦合仿真的流畅运行。

定义端口区域以实现数据顺畅传输

若在运行分析前未设置端口区域，可在分析完成后，将模型表面的表压值等结果导出，再用于后续结构分析。

流体分析结果

完成仿真项目设置并运行求解后，即可查看分析结果。通过生成各类云图，可提取项目的核心数据。例如，通过表压截面云图与速度流线云图，可快速直观展示输入条件下的流体流动状态。

广告牌仿真项目的流体速度云图

结构分析设置

流体分析完成后，可将分析结果作为载荷导入结构仿真中。若在流体分析中已定义端口区域，可直接关联对应的流体仿真模型。

此时，表压载荷将自动映射至端口区域所定义的表面上。

通过现有端口区域关联仿真项目

若未定义端口区域，可使用空间数据映射选项，导入此前导出的表压数据。

未定义端口区域时的仿真项目映射

仿真映射确认

无论采用哪种方式，均可使用数据绘图功能，查看数据映射是否准确。若映射异常，可返回流体仿真项目调整端口区域设置，重新导出结果。

在模型上绘制端口区域

结构分析结果

完成结构仿真项目设置并运行求解后，即可查看分析结果。通过生成各类云图，可提取项目的核心数据。例如，通过冯・米塞斯应力云图与流体静压力云图，可快速直观展示载荷作用下的结构响应。

仿真项目生成的冯・米塞斯应力云图

3DEXPERIENCE 平台与桌面端仿真对比

3DEXPERIENCE 仿真工具得到的结果，与桌面端 SOLIDWORKS Flow Simulation（流体仿真）和 SOLIDWORKS Simulation（结构仿真）的结果具有一致性，两款工具均可用于模型的有效测试验证。

但 3DEXPERIENCE 平台上的仿真工具，针对复杂流固耦合仿真项目具备更强大的处理能力，且可依托云端高性能计算资源。此外，所有仿真操作均通过 3DEXPERIENCE 数据管理系统实现关联、追踪与管控。

无论采用哪种工具，工程师均可验证设计的结构稳健性，仿真流体与结构的相互作用规律，最终得到最优设计方案。

想了解更多关于使用 3DEXPERIENCE SIMULIA 进行仿真的信息，请联系代理商智诚科技ICT 电话：400-886-6353