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结构力学仿真软件：ADINA：流固耦合仿真基础

1结构力学仿真软件：ADINA：流固耦合仿真基础

1.1ADINA软件概述

ADINA(AutomaticDynamicIncrementalNonlinearAnalysis)是一款由美国

ADINA系统公司开发的高级有限元分析软件，广泛应用于结构力学、流体力学、

热力学以及多物理场耦合分析等领域。其流固耦合仿真功能，能够精确模拟流

体与固体之间的相互作用，对于解决工程中复杂的流固耦合问题具有重要意义。

1.1.1特点

多物理场耦合：ADINA能够进行流固耦合、热固耦合、电磁固耦

合等多种耦合分析。

非线性分析能力：软件支持大变形、接触、材料非线性等复杂问

题的分析。

用户友好界面：提供直观的图形用户界面，便于模型建立和结果

可视化。

强大的求解器：内置高效求解器，能够处理大规模复杂问题。

1.2流固耦合仿真的重要性

流固耦合仿真在许多工程领域中至关重要，如航空航天、汽车工业、海洋

工程、生物医学等。它能够帮助工程师和科学家理解流体与固体结构之间的相

互作用，预测结构在流体作用下的响应，以及流体流动受到固体结构影响的变

化。这种仿真对于设计优化、故障预测和性能评估具有不可替代的作用。

1.2.1应用实例

航空航天：分析飞机机翼在高速气流中的振动和变形。

汽车工业：模拟车辆行驶时轮胎与地面的相互作用，以及冷却系

统中流体的流动。

海洋工程：研究海洋结构物在波浪和水流中的稳定性。

生物医学：模拟血液在血管中的流动，以及心脏瓣膜的动态行为。

1.2.2原理

流固耦合仿真基于流体动力学和结构力学的基本原理，通过数值方法求解

流体和固体的控制方程。流体动力学方程通常包括连续性方程、动量方程和能

量方程，而结构力学方程则涉及平衡方程、几何方程和本构方程。在耦合分析

1

中，流体和固体的边界条件相互依赖，需要通过迭代求解来达到一致。

1.2.3耦合类型

单向耦合：流体对固体的影响被考虑，但固体对流体的影响忽略。

双向耦合：流体和固体之间的相互作用都被考虑，是最真实的耦

合类型。

强耦合：流体和固体的求解器在每个时间步中交替迭代，直到达

到收敛。

弱耦合：流体和固体的求解器分别求解，然后在每个时间步的末

尾更新边界条件。

1.2.4操作流程

1.模型建立：定义流体和固体的几何、材料属性、边界条件。

2.网格划分：对流体和固体区域进行网格划分，确保网格质量。

3.设置耦合条件：定义流体和固体之间的接触面，设置耦合算法。

4.求解设置：选择求解器类型，设置时间步长和收敛准则。

5.运行仿真：执行仿真，监控求解过程。

6.结果分析：后处理仿真结果，进行可视化和数据分析。

1.2.5数据样例

在ADINA中，流固耦合仿真通常需要定义流体和固体的材料属性、边界条

件以及耦合界面。以下是一个简化的数据样例，用于说明如何在ADINA中设置

流固耦合仿真：

-**材料属性**

-流体：水，密度1000kg/m^3，动力粘度0.001Pa·s。

固体：钢，弹性模量，泊松比。

-200GPa0.3

-**边界条件**

-流体：入口速度1m/s，出口压力0Pa。

-固体：固定底部边界，顶部自由。

-**耦合界面**

-定义流体和固体之间的接触面，使用强耦合算法。

1.2.6代码示例

在ADINA中，流固耦合仿真的设置通常通过图形用户界面完成，但也可以

使用ADINA的输入文件进行更详细的控制。以下是一个使用ADINA输入文件设

置流固耦合仿真的示例：

*ADINA

*PARAMETER

FLUID_DENSITY=1000