FSI 求解策略
Simcenter STAR-CCM+ 提供并行求解策略,用于求解可变形固体的 FSI 问题。
这些求解策略有四个主要组成部分:
- 耦合数据交换
- 数据传输
- 一致性
- 求解稳定
有关刚性 6 自由度体的 FSI 问题,请参见可变形 DFBI 体。
耦合数据交换
Simcenter STAR-CCM+ 中的耦合数据交换概念总结如下表所示:
| 运动指定 ↓ | 拉力指定 | |
|---|---|---|
| 解耦 | 流体负载 | |
| 刚性 | 解耦 | 单向流体到固体 |
| 固体位移 | 单向固体到流体 | 双向 |
| 刚体运动:除变形和固体位移之外的所有运动 | ||
后续章节将介绍有关此表构造的基本概念。
流体至固体
- 数据传输
- 从流体流向固体的信息为流体拉力。流体拉力会从交界面的流体侧自动插补到固体侧,在这里作为负载施加。为了避免在插值步骤期间丢失信息,建议在交界面的两侧应用类似的网格分辨率。插值方案支持共形和非共形交界面。
- 一致性
- 通常,力一致性是 FSI 模拟的重要组成部分。在某些情况下,可能会有意破坏力一致性,以通过忽略从流体到固体的信息传输来缩短模拟时间。此外,Simcenter STAR-CCM+ 可用于通过跃升或剪切流体拉力来提高模拟稳定性。
固体到流体
- 数据传输
- 从固体流向流体的信息为交界面变形。固体位移会从交界面的固体侧自动插补到流体侧。为了避免在插值步骤期间丢失信息,建议在交界面的两侧应用类似的网格分辨率。插值支持共形和非共形交界面。
- 一致性
- 如上所述,在 Simcenter STAR-CCM+ 中,交界面变形直接与网格运动关联。在求解初始化过程中,整个交界面上强制实施以下运动学一致性:
- 坐标系的一致性 - 意味着两个区域必须使用相同的参考坐标系。
- 交界面变形的一致性 - 意味着交界面两侧的网格必须以相同方式变形。
求解稳定
Simcenter STAR-CCM+ 为求解稳定提供了两种不同方法:动态和恒定位移亚松弛。这两种方法仅适用于瞬态情况。动态的目的是通过预测由交界面位置变化产生的流体拉力,提高 FSI 模拟的性能。其假设一定的流体体积作为附加质量随 FSI 边界一起移动。建议对双向耦合问题使用此方法。
选择动态后,必须指定从中派生质量的附加体积。有两个选项用于指定附加体积:
- 自动 - Simcenter STAR-CCM+ 将估计单位面积的位移流体体积。
- 手动 - 必须指定单位面积的位移流体体积,如流体-结构相互作用常规工作流中所述。
对于恒定位移亚松弛,可在 FSI 求解器中指定固定亚松弛因子,然后将其应用于时间步内连续迭代之间的交界面位移变化。亚松弛因子是单个全局值。

