TCFD软件全面升级为TCAE，支持流固耦合仿真计算

TCFD软件现已全面升级为TCAE软件，升级后软件包括TMESH、TCFD、TFEA等功能模块，在同一个软件界面中可以快速便捷的进行 格划分、流体仿真计算、结构强度仿真计算、流固耦合仿真计算及后处理等工作，能够大幅提升仿真分析工作效率。

下面将对采用TCAE进行的悬臂球体流固耦合计算案例进行介绍。

Beam-Ball 流固耦合分析

模型中将直径D = 30 cm的球体紧密固定在长L = 1m、直径D = 1 cm的梁(圆柱形杆)上，梁和球体的材料均为钢，该模型处于速度U=30米/秒的气流中。气流作用在梁-球系统上，梁发生弯曲。TCAE软件将分析确定梁的变形(梁的自由端，球固定处的位移)，并得到应力分布情况。

基本参数如下：

气流速度:30 m/s

梁及球体材料:steel

物理模型:incompressible

材料密度:7800 kg/m^3

介质:air

材料结构:isotropic

动力粘度:1.8 × 10^5 Pa?s

杨氏模量:2.1E11 Pa

空气密度:1.2 kg/m^3

泊松比:0.3

湍流强度:1%

湍流模型:k-omegaSST

将Beam-ball模型文件导入TCAE软件中，进行 格划分及流固耦合仿真计算。所有的 格划分及仿真设置均在TCAE图形界面中完成。TCAE模拟工作流程是完全自动化的，在设置完 格参数、流体边界及结构模型约束、材料属性等条件后，可以一键启动全部仿真计算，并生成相应分析 告。

TCAE由不同的软件模块组成。数值模拟顺序如下：模型→CFD 格→FEA 格→CFD模拟→FSI→FEA模拟→ 告。软件中TMESH模块创建适用于CFD和FEA的 格从而为仿真做准备。TCFD模块运行CFD模拟并输出CFD结果 告。TFEA模块进行FSI转换，运行FEA模拟，并输出FEA结果 告。由于模型为对称模型，仿真中采用一半模型进行计算。

CFD 格

在软件TMESH模块中创建了CFD的计算 格。流体域模型采用笛卡尔 格作为初始背景 格，并根据模型进行贴体细化处理，并添加边界层 格，最终流体域共生成了489,620个 格。流体域模型及 格情况如下：

FEA 格

在软件TMESH模块中创建了FEA的计算 格。点数：63135

最短边：0.000378

边缘之间最大角度：145.514

元素数：189666

最长边：0.010111

面之间的最小角度：4.94836

表面元素数量：124742

边缘之间的最小角度：6.97633 面之间的最大角度：169.359

CFD数值模拟建立

CFD仿真由TCAE软件中TCFD模块进行。时间项: 稳态

壁面处理:壁面函数

物理模型:不可压

湍流强度: 1%

壁面粗糙度: 无

工质: Air

入口: 速度30 m/s

参考压力: 1atm

出口: 静压0 Pa

动力粘度: 1.8× 10^5 Pa?s

湍流模型:k-omegaSST

气体密度: 1.2kg/m^3

FEA数值模拟建立

FEA仿真由TCAE软件中TFEA模块进行。梁及球的材料：钢

材料密度：7800 kg /m^3

材质结构：各向同性

杨氏模量：2.1E11 Pa

泊松比：0.3

约束：梁底部固定

数值计算

进行 尺寸、流体仿真及结构仿真条件设置后，可以一键启动全部计算，软件将自动进行流体域、固体域 格划分，流体仿真计算，数据转换，结构仿真计算，结果处理及 告生成等工作。

结果对比

该Beam-Ball问题能够根据力学方程得到解析解，理论结果和TCAE数值解的对比如下表所示：

理论解TCAE数值结果

最大变形26.60

27.75

最大应力83.78 92.48

其中最大变形相差大约5％，最大应力相差约10％，具有较高的仿真精度，符合预期效果。

下图显示了变形的梁应力大小和位移大小（其中变形放大十倍，以更好地显示变形效果）。

可以看到通过TCAE进行流固耦合仿真分析，具有较高的分析精度，同时计算设置简单便捷，软件能够自动进行流体及结构仿真数据关联，降低流固耦合仿真应用门槛，提高仿真工作效率。