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流固耦合方法

流固耦合方法是研究流體和固體相互作用的一門力學分支,涉及流體力學和固體力學。這種方法在多個領域有著廣泛的套用,特別是在涉及流體和固體相互作用的複雜系統中。

流固耦合分析的求解方法主要分為兩種:強耦合弱耦合。強耦合方法直接將流場和結構場的控制方程耦合到同一方程矩陣中,同時求解流固控制方程。這種方法理論上非常先進,適用於大固體變形和生物隔膜運動等情況。然而,由於技術上的困難,它在實際套用中很難實現。弱耦合方法則分別求解流體和固體的控制方程,通過流固耦合交界面進行數據傳遞。這種方法對計算機性能的需求較低,適用於大規模問題的求解。

在流固耦合分析中,數據傳遞是一個關鍵過程。這包括單向數據傳遞和雙向數據傳遞。單向傳遞通常用於穩態計算,其中流體求解器將壓力數據傳遞給固體結構求解器,而固體對流體的影響通常被忽略。雙向傳遞則用於瞬態問題的計算,包括流體求解器和固體求解器之間的數據交換。

商用軟體在處理流固耦合問題時,大多採用弱耦合方法。例如,ANSYS軟體包中的Mechanical、APDLCFXFluent可以結合使用,實現單向或雙向的流固耦合分析。這些軟體通過特定的接口(如System Coupling)來處理數據同步問題,確保流體和固體求解器之間的有效數據交換。