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流固耦合FSI)顾名思义，是研究可变形固体在流场作用下各种行为之间相互作用以及固体变形对流场影响的分析方法。在一些具体的研究和分析中，由于固体的变形和流场的变化不可忽视，流固耦合分析是极其重要和不可或缺的。
为了方便阅读，制作一个目录。0 ——引言1 ——什么时候需要进行流固耦合分析2 3354流固耦合控制方程3 —— Ansys流固耦合4 —— ADINA流固耦合5 ——流固耦合引起的问题
0简介
以下面的视频为例。第一个是别人引用的计算结果[1]，第二个是我之前计算的圆柱周围流固耦合振动的结果我研究的时候，结果不一定正确，仅供理解)。显然，如果只考虑流场，圆柱体是静止的，那么计算结果就不能完全反映真实的物理现象。经过流固耦合计算，可以清楚地看到流场和结构场的相互作用。
只进行流场计算。
目前，可以进行流固耦合分析的软件很多。我知道Comsol，ABAQUS，Ansys等等。我主要用Ansys。有一本关于Ansys流固耦合的好书[2]，我也从中摘录了一些内容。
流固耦合问题的分析根据流体域与固体域物理场耦合程度的不同，可分为强耦合和弱耦合，对应的解分别是直接解和分离解。直接求解是将流场和结构场的控制方程耦合成同一个方程矩阵，即在同一个求解器中同时求解流固控制方程，理论上非常先进，适用于大固体变形、生物隔膜运动等。然而，在实际应用中，直接方法很难真正将现有的计算流体力学和计算固体力学技术结合起来。此外，考虑到同步解的收敛困难和耗时问题，目前直接解主要用于热-结构耦合、电磁-结构耦合等简单问题的模拟分析，而对流体-结构耦合只做了一些非常简单的研究，难以应用于实际工程问题。弱流固耦合分离方法是分别求解流体和固体的控制方程，通过流固耦合界面传递数据。该方法大大降低了对计算机性能的要求，可用于解决实际的大规模问题。目前，在商业软件中，流固耦合分析基本采用分离法[3]。看到有人说有些商业软件使用直接解决方案，我再检查一下。
经过验证，ADINA提供了两种直接解和迭代解。直接解法一般用于解决简单问题，迭代解法是解决复杂问题的主要方法。
反正我已经找到资料了，不如单独写一章关于ADINA流固耦合。我没用过ADINA，写资料一起学。
毫无疑问，流固耦合分析会增加你的工作量，同时也会增加计算机的计算量。
1.何时需要进行流固耦合分析？
纯大白菜的研究不仅涉及流场分析，还涉及结构场分析。当它们之间有明显的相互作用时，就要考虑流固耦合分析，例如对气缸周围流动的分析和某些橡胶轴承的润滑性能。同时考虑流体和结构的特性，流固耦合可以有效节省分析时间和成本，保证结果更接近物理现象本身的规律。
2既然是流固耦合，就要有流固耦合的控制方程。
2.1流体控制方程
连续性方程：
动量方程南北方程):
能量方程：
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2.2 固体控制方程
2.3 流固耦合边界条件
流固耦合遵循最基本的守恒原则，所以在流固耦合交界面处，应满足流体与固体应力τ) 、位移d)、热流量q)、温度T) 等变量的相等或守恒，即满足如下4 个方程：
此外，对于某些特定的问题，比如流固热耦合等，还需要相应的考虑热传导方程等。
3 Ansys 流固耦合[2]
图3.1
ANSYS耦合分析主要分为直接解法和分离解法两种，其中直接解法主要用于流-热、热-固、热-磁和电-磁等计算，而分离解法主要应用于流固耦合计算分析。
从算法上讲，ANSYS 也包括其他大型商业软件） 主要采用分离解法也就是载荷传递法求解流固耦合问题。但从数据传递角度出发，流固耦合分析还可以分为两种：单向流固耦合分析one-way coupling 或uni-directional coupling) 和双向流固耦合分析two-way coupling 或bi-directional coupling)。其中，双向耦合因为求解顺序的不同又可分为顺序求解法Sequential solution) 和同时求解法Simultaneous solution), 图2.1 简单概括了基于ANSYS 的耦合分析类型，具体解释如下。
3.1 单向耦合分析
3.2 双向流固耦合分析
Ansys17版本之后就在APDL里取消了MFX/MFS了，现在双向流固耦合主要是用system coupling，下面是我学system coupling的时候做的一个，后面圆柱上端变细是因为圆柱在水流作用下有X方向的位移，而不是真的变细了。
4 ADINA 流固耦合
本人没有使用过ADINA软件，故本部分内容均为网上摘抄，来源已经在标题中标注，仅为介绍ADINA的流固耦合功能和回答评论里的问题。
4.1 ADINA 和流固耦合（FSI）
ADINA 独具的流固耦合求解功能可以在单一系统ADINA 中模拟流体和因大变形、非弹性、接触及温度而经历明显的非线性响应的结构之间完全耦合的物理现象。一个完全耦合的流固耦合模型意味着结构的变形影响流体区域，反过来流体的作用力也会施加到结构上。
从流体的角度看， Navier-Stokes 流体可以是不可压的，轻微可压的，低速和高速可压的。从结构的角度看，各种结构单元类型都可以参与FSI 过程（即壳单元，2D 和3D结构单元，梁单元，等参梁单元，接触面等），支持各种材料模型、支持各种非线性物理过程如材料失效、单元生死、结构失稳、相变等等。
此外， ADINA还提供了针对流体是势流理论的完全耦合的流固耦合模型。但由于势流体计算理论相对简单，本部分不对其进行讨论。
4.2 ADINA 流固耦合的计算方法
ADINA在一个单一系统中组合了结构和流体动力学方程，获得这个系统的统一方程组，并对其进行求解。对流体模型可以选择基于节点的FCBI （ Flow-Condition-Based Interpolation ）算法和基于单元的FCBI-C 算法进行单元的定义。
FCBI 单元算法：基于速度自由度的FCBI 算法是用来提供稳定性的。有限元方程可以通过Newton-Raphson 迭代计算一致的Jacobian 矩阵来进行求解。因此流固耦合系统中能建立一致的刚度阵可以解决极为复杂的非线性问题。FCBI-C 单元算法：所有的解变量定义在单元的中心，速度和压力间的耦合是迭代地处理的。因此在使用FCBI-C 单元算法的FSI 分析中，结构模型和流体模型之间的耦合也是迭代地处理的。这种算法可以用来解决很大计算规模的实际问题。
这些算法可以适用于从低雷诺数到高雷诺数的各种流体。一旦计算区域的任何一部分发生变形，对流体的Eulerian 描述就不再可用了。因此，ADINA求解流体的控制方程使用Arbitrary-Lagrangian-Eulerian ALE) 表示。
ADINA FSI 是独特的，因为它提供两种不同的方法，直接流固耦合和迭代流固耦合，来求解流体模型和结构模型之间的耦合。两种情况下，在流固耦合界面上都要满足位移一致性和作用力平衡条件。
直接流固耦合
在直接流固耦合求解的办法中，流体方程和结构方程是组合起来在一个方程组（一个刚度阵）中处理的，线性化和求解使用Newton-Raphson 迭代算法。直接流固耦合为求解复杂的流固耦合问题提供了强有力的算法，例如，物理现象中的结构很“软”在轻微的压力下引起很大的变形或高可压缩性流体冲击到结构的表面等非常复杂的问题， 仍可由这种直接耦合的方式进行求解，而这些高频、复杂的问题用迭代耦合的方法很可能会出现困难。
迭代流固耦合
流体方程和结构方程是分别连续求解的，各自更新得到的信息提供给另一部分进行使用。迭代的方法比直接计算占用的内存要小，因此可以用来求解大规模问题。
4.3 ADINA 流固耦合的特点
（1）FCBI 单元提供了最大的稳定性，且适用于从低雷诺数导高雷诺数的各种问题。
（2）FSI 分析可以用于各种流体，包括不可压流，轻微可压流，低速可压流和高速可压流。另外，所有的流体材料模型包括非兴奋的小霸王流体， 湍流模型和VOF法都可以用在FSI 分析中。
（3）势流体单元可以用于声波的分析，也可以用于结构和声波的耦合分析
（4） ADINA允许流体模型和结构模型使用任意的网格。而且，流体和结构的网格在流固耦合界面上不必完全匹配。
（5） 热和多孔介质的耦合可以用在流体和结构模型之间。
（6） 所有的结构单元，接触和结构材料模型（如弹性，粘弹性，橡胶，塑料等）都可以用于FSI 求解。
（7）在流体模型中可以表示间隙边界条件， Gap 边界条件。
（8） FSI 可以使用动网格来分析旋转设备和涡轮机械。
（9） 可以做单向流固耦合分析。这种分析用于结构的变形很小，对流体的影响可以忽略的工程问题中，不需要在流体和结构模型之间迭代。
（10）全三维流场的动网格技术，包括参数化动网格和Full Adaptive 网格重划分技术。
5 流固耦合带来的问题
流固耦合的好处前面进行了比较详细的解释，但是！并不是所有情况都要去搞个流固耦合的!我想，流固耦合分析最直接的问题是：你需要学纯流场计算2倍的软件和理论，吐了。
纯情的小白菜以为你学了个UG/Solidworks&Icem&CFX/Fluent 已经万事大吉的时候，你还需要学习Hypermesh&APDL/Workbench ，压力山大啊！
图文来源 知乎账户：京韦（本公众号转载仅供学习，侵删）