仿真干货｜云端CAE实战案例——Workbench战斗机流固耦合分析

    随着工程仿真技术的不断发展，流固耦合仿真分析已成为很多工程领域解决流固耦合复杂问题的常用方法。作为一款行业应用非常广的工程仿真软件，Workbench为工程师们提供了一个多软件耦合平台，可用于涉及流固耦合系统问题的仿真求解。

    SimForge™高性能仿真平台是基于国家超级计算无锡中心HPC集群打造的图形化仿真平台，为用户提供“PC式”高性仿真体验。HPC集群采用专用服务器，并行文件系统，InfiniBand网络等高性能仿真硬件，可以大幅提升仿真求解的效率。

一、使用介绍

    本文将向您介绍如何在SimForge™高性能仿真平台通过软件原生界面操作方式使用Workbench软件对某战斗机流固耦合分析，并能够充分调用超算HPC资源，实现大规模高效仿真求解。

    登录SimForge™高性能仿真平台，订阅Workbench之后，在仿真计算模块中，双击Workbench软件图标，进入作业提交界面，填入相应信息提交即可。

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    图形化操作打开需打开GUI按钮，队列选择HPC集群队列（q_x86_sf）

    本次案例使用到VDI模式的GUI图形可视化界面，可以实时观察作业的运行状态，避免无效的计算资源浪费。点击提交之后，进入远程桌面（需提前开通远程桌面），即可见到熟悉的Workbench界面。

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二、流体求解

    在Workbench中拖动左侧工具栏选择Fluent流体软件，在Geometry栏导入本次的飞机模型，点击Mesh进行相应的网格划分，网格完成之后点击Setup进入到Fluent界面设置相应的计算参数进行求解。如图所示，求解过程中可以实时观测残差和监控参数以便及时改正参数（笔者在第一次计算就出现了因湍流模型选择不当，而导致残差未呈现收敛趋势，于是及时暂停计算，并修改了湍流模型，若是非原生界面操作，无效计算不仅浪费了余额，而且还会影响项目的进展）。

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    流体求解完成后，可在Workbench中查看后处理云图，点击Result即进入CFD-POST，选择显示飞机机身的压力云图，在接下来的固体求解计算中也是导入流体求解的表面ya结果，进行机身的刚度变形以及应力求解。

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三、流固耦合求解

    在流体求解完成之后，我们回到Workbench工作界面，拖动左侧Static Structural模块，将流场的几何与流体的计算结果链接中即可完成模型与流场压力的传递。

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    点击Static Structural模块中的Model，进入结构模块，对飞机机身的进行网格划分，设置相关求解参数，将流场压力加载到相应的流固耦合面，进行结构求解。结构求解完成之后选择机身的变形云图以及应力云图进行显示。

机身变形云图

机身应力云图

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四、总结

    工程师可根据流固耦合分析提供的变形和应力分布信息，针对薄弱点进行优化，同时利用拓扑优化方法对强度富余处进行优化，从而进一步提高飞机结构的性能和可靠性。这种综合分析和优化方法使工程师能够针对飞机结构的局部问题进行精细化调整，同时通过拓扑优化，消除不必要的材料使用，实现结构的轻量化设计，提高飞机的飞行效率和燃油经济性，使飞机具有更高的性能水平。