ANSYS教程，耦合场分析基本过程

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1.耦合场分析概述

自然界存在四种场：位移（应力应变）场，电磁场、温度场和流场。这四个场之间是相互联系的，现实世界不存在纯粹的单场问题，我们所遇到的所有物理问题都是多场耦合的，只是受到硬件或软件的限制，人为将它们分成单场现象，各自进行分析。有时这种分离可以接受的，但很多问题这样计算将得到错误结果。因此，在条件允许时，应该尽量进行多场耦合分析，现在硬件的发展已使多场耦合分析成为可能，主要的瓶颈在于有限元分析程序。

程序要进行多场耦合分析，必须具备三个条件。

a）程序本身必须具有多种场的分析功能：

b)各场的分析必须在统一的数据库下进行：

c）程序必须提供多场耦合处理工具。

ansys作为世界顶尖的CAE技术公司，不仅提供结构、流体、热、电磁场分析，而且这些分析在统一模拟环境、同一数据库中进行。通过多场耦合处理工具，可以进行复杂的多物理耦合分析，经过多年的不断分析和完善，现已成为世界领先的多物理场模拟工具，以先进的分析技术和理念引领着多物理场仿真的发展方向。

2.耦合场分析定义和类型

2.1  耦合场分析定义

耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑两种或两种以上工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用：它主要解决由于施加的位移载荷引起的电压分布问题。

2.2  耦合场分析类型

ansys可以进行如下类型的耦合场分析：

a）结构---热

b）流体---结构

c）静电---结构

d）静磁---结构

f）热---电

g）热---高、低频电磁

h）流体---热

i）流体---电磁

j）压电分析

k）机电耦合电路模拟

3.耦合场分析方法

ansys程序进行耦合场分析采用两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。

3.1   序贯耦合解法

序贯耦合解法是按照顺序进行两次或多次的相关场分析。它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场的载荷来实现两种场得耦合。例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为“体力 ”载荷施加后续的应力分析中来实现耦合的。

3.2   直接耦合解法

直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。在这种情形下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或者单元载荷向量来实现的。

3.3   直接耦合解法和序贯耦合解法的选择

对于不存在高度非线性相互作用的情形，序贯耦合解法更为有效和方便。例如，对于序贯热---应力耦合分析，可以先进行非线性瞬态热分析，在进行线性静态应力分析。这里耦合是一个循环过程，其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度。

直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势，并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果。求解这类耦合场相互作用问题有专门的单元供直接选用。