WORKBENCH對血管的流固耦合分析

2017-04-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

1、先在proe5中建立血管與血液流體區(qū)的模型(兩者裝配起來),或者直接在workbench中建模。

圖1 模型圖

2、新建工程。在workbench中toolbox中選custom system,雙擊FSI: FluidFlow(fluent)->static structure.

圖2 計算工程

3、修改engineering data,因為系統(tǒng)缺省材料是鋼,需要構(gòu)建血管材料,如圖3所示。先復(fù)制steel,而后修改密度1150kg/m3,楊氏模量4.5e8Pa,泊松比0.3,重新命名,最后在主菜單中點擊“update project”保存.

圖3 修改工程材料

4、模型導(dǎo)入,進(jìn)入gemetry模塊,import外部模型文件。

圖4 模型導(dǎo)入圖

5、進(jìn)入FLUENT網(wǎng)格劃分。

在workbench工程視圖中的Mesh上點擊右鍵,選擇Edit…,如圖5所示,進(jìn)入網(wǎng)格劃分meshing界面,如圖6所示。我們這里需要去掉血管部分,只保留血液幾何。

圖5 進(jìn)入網(wǎng)格劃分

圖6 禁用血管模型

6、設(shè)置網(wǎng)格方法。

默認(rèn)是采用ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分,設(shè)置方式如圖7所示,截面圓弧邊分為12份,縱截面的邊均分為10份,網(wǎng)格結(jié)果如圖8所示。另外在這個界面中要設(shè)置邊界的幾何面,如inlet、outlet、symmetry

圖7 設(shè)置網(wǎng)格劃分方式

圖8 最終出網(wǎng)格

圖9 邊界幾何

7、進(jìn)入fluent

關(guān)閉mesh,回到fluent工程窗口,右鍵點擊setup,選擇edit…,進(jìn)入fluent。這里設(shè)置瞬態(tài)計算,流體為血液(密度1060,動力粘度0.004pas),入口壓力波動(用profile輸入),出口壓力0Pa,采用k-e湍流模型。

瞬態(tài)

血液材質(zhì)

入口壓力波動profile。

((inletpress transient 7 0)

(time 0 0.004 0.005 0.006 0.01 0.015 0.03)

(pressure 0 1500 1700 1500 0 0 0)

)

入口邊界

圖11 Fluent中設(shè)置

計算時記錄入口邊界壓力的變化,如圖12所示,與profile設(shè)置近似。

圖12 入口壓力變化

計算完后查看fluid_interface面上壓力分布(可以分步看),如圖13所示。中間平面的壓力與速度如圖14所示。流線如圖15所示。

圖13 fluid_interface面上壓力分布

圖14 中間平面(對稱面)的壓力與速度

圖15 流線

8、關(guān)閉fluent,進(jìn)入Static Structure的model,如圖16所示。注意geometry樹形節(jié)點上,禁用血液計算區(qū)域。

圖16 禁用流體區(qū)域

8、導(dǎo)入流體載荷

如圖17所示,插入流體載荷,血管幾何選擇內(nèi)圓面,CFD surface選擇預(yù)先設(shè)置的inface面,就是將inface的壓力數(shù)據(jù)傳遞給血管的內(nèi)圓面。 導(dǎo)入流體載荷后的模型如圖17所示。

圖17 插入流體載荷

9、設(shè)置固體約束

約束血管一端為fixed,如圖18所示。進(jìn)行計算。計算結(jié)果如圖18所示。

圖18 血管一端約束

變形圖19計算結(jié)果

10、評論

在workbench中進(jìn)行流固耦合(FSI)計算相當(dāng)簡單,但這僅是單向耦合,如果實現(xiàn)雙向耦合的話還是比較復(fù)雜的。

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