Ansys 部落格
March 1, 2022
流體-結構交互作用的原理和重要之處
什麼是流體-結構相互作用？
流體-結構交互作用 (FSI) 是流體流動和固體結構的交互作用。想像有道風推動渦輪葉片旋轉，船身在波濤洶湧的海面起伏，或是空氣快速經過 F1 賽車的前罩板。只要流體和結構接觸，FSI 就會發生。
FSI 如何影響產品設計和效能？
瞭解 FSI 對許多產品的設計都至關重要。如果不考慮流體對固體的影響 (或反之)，可能會導致高估或低估產品效能。因此，最終產品設計可能會導致意外和不良的結果，例如惱人的噪音或產品徹底故障。
無論您是在設計橋樑、飛機還是燃氣渦輪機，為瞭解流體和結構的相互作用如何影響您的專案，都需要一個能夠準確預測和整合這兩種物理的解決方案。
FSI 應用
飛機設計：飛機飛行時，機翼周圍的氣流會導致機翼變形 (變形後會改變氣流的運動方式，使機翼變形加劇)。在機翼設計中解析 FSI 可大幅提高飛機的空氣動力學效能。
血流建模：為評估動脈瘤中阻塞血管的影響，FSI 考慮血壓和血流速率如何影響血管的伸展和尺寸變化能力。
預測聲音：氣流經過車輛時，引擎蓋和後視鏡等表面可能會震動並將聲音傳播到車內。工程師若能處理這些 FSI 現象，就能調整設計以降低噪音，提升乘客舒適度。
多物理模擬在 FSI 中扮演的角色
您可以透過多物理模擬來進行預測和預防，提早避免 FSI 危及產品。
舉例來說，如果您想瞭解擾動和壓力變化如何影響水力渦輪完整性，您的分析便會包含 Ansys Fluent 和 Ansys Mechanical 模擬所提供的資料。如果分開使用這些模擬工具，它們一次只會說明整體狀況的一環。但透過 Ansys Workbench 將其整合時，您就會看到最準確的預測結果，瞭解這兩種物理作用如何互相影響。
Workbench 會自動在模擬求解器之間交換資料，讓您享有方便瀏覽的流暢作業空間。
Workbench 的進階網格對應技術可確保資料從計算流體力學 (CFD) 精確轉譯為有限元素分析 (FEA)，反之亦然，不需要手動輸入資料、撰寫程式碼或交換資料檔案。手動輸入次數的減少可大幅減少錯誤，因為您會設定 CFD 和 FEA 模擬、進行拖放，且所有項目都會傳輸到一個空間。
您是否需要單向或雙向 FSI 模擬？
視流體和固體之間的物理耦合程度以及所需的精度而定，建模方法可能會有所不同。如為涉及剛體動作和共軛熱傳的應用，可忽略變形，且問題可完全在 CFD 求解器內有效解決。
必須考慮壓力和變形時，就會結合流體和結構模擬，在單向或雙向耦合模擬的求解器之間傳輸資料。
相關內容：用於結構分析的 FEA 網格劃分基礎
如何執行單向 FSI 模擬
只要直接連結 CFD 和 FEA 模擬，就能在 Workbench 輕鬆執行單向模擬。透過簡單的拖放作業即可完成，此作業會自動連接模擬的幾何和解決方案單元。
使用 FSI 預測和預防
FSI 模擬能預測流體流動和固體結構之間的交互作用，協助工程師預防可能影響效能並導致產品故障的損壞。若要深入瞭解 FSI 模擬，請瀏覽 Ansys Workbench，查看下列相關資源：