유체 구조 상호 작용의 작동 방식 및 중요한 이유

유체 구조 상호 작용이란 무엇입니까?

유체 구조 상호 작용(FSI)은 유체 흐름과 고체 구조의 상호 작용입니다. 터빈 블레이드를 회전시키는 돌풍, 파도가 치는 상황에서의 보트 선체 또는 F1 자동차의 전면 패널 위로 밀려오는 공기를 생각해 보십시오. 유체와 구조가 만나는 곳이면 어디서든 FSI가 발생합니다.

Ansys Fluent와 Ansys Mechanical을 커플링하여 바람에 날리는 이 Ansys 깃발과 같은 유체 구조 상호 작용을 시뮬레이션할 수 있습니다.

FSI는 제품 설계 및 성능에 어떻게 영향을 미칠 수 있습니까?

FSI를 이해하는 것은 많은 제품의 설계에 매우 중요합니다. 유체가 고체에 미치는 영향을 고려하지 않거나 그 반대의 경우 제품 성능을 과대평가하거나 과소평가할 수 있습니다. 결과적으로 최종 제품 설계는 성가신 소음부터 완전한 제품 고장에 이르기까지 예상치 못하고 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.

교량, 항공기 또는 가스 터빈을 설계할 때 유체와 구조의 상호 작용이 프로젝트에 미치는 영향을 이해하려면 두 동작을 정확하게 예측하고 통합하는 솔루션이 필요합니다.

FSI의 응용 분야

항공기 설계: 비행기가 날 때 날개 주위의 공기 흐름은 날개를 변형시키고, 이는 결과적으로 공기가 흐르는 방식을 변화시켜 날개를 더 많이 변형시킵니다. 날개 설계에서 FSI를 해결하면 항공기의 공기 역학적 성능이 크게 향상됩니다.

혈류 모델링: 동맥류에서 막힌 혈관의 영향을 평가하기 위해 FSI는 혈압 및 유속이 혈관의 확장 및 크기 변화 기능에 어떻게 영향을 미치는지 설명합니다.

소리 예측: 공기 흐름이 자동차 위를 지나갈 때 후드와 사이드미러 같은 표면이 진동하고 소리가 내부로 퍼져 나올 수 있습니다. 이러한 FSI를 해결함으로써 엔지니어는 소음을 줄이고 탑승자의 편안함을 높이도록 설계를 조정할 수 있습니다.

FSI에서 다중물리 시뮬레이션의 역할

FSI가 제품을 손상시키기 전에 다중물리 시뮬레이션을 통해 이를 예측하고 방지할 수 있습니다.

예를 들어 난기류 및 압력 변화가 수력 터빈의 무결성에 어떤 영향을 미치는지 확인하려는 경우, 분석에는 Ansys Fluent 및 Ansys Mechanical 시뮬레이션에서 제공하는 데이터가 포함됩니다. 독립적으로 사용할 경우 이러한 시뮬레이션은 한 번에 하나의 결과를 보여줍니다. 그러나 Ansys Workbench를 통해 통합하면 두 물리학이 서로 어떤 영향을 주는지에 대한 가장 정확한 예측을 볼 수 있습니다.

Workbench는 시뮬레이션 솔버 간에 자동으로 데이터를 교환하여 탐색할 수 있는 하나의 원활한 작업 공간을 제공합니다.

Workbench의 고급 메시 매핑 기술은 데이터를 수동으로 입력하거나, 코드를 작성하거나, 데이터 파일을 교환할 필요 없이 전산 유체 역학(CFD)에서 유한요소해석(FEA)으로 그리고 그 반대로 데이터를 정확하게 변환할 수 있도록 합니다. 이러한 수동 입력 감소는 CFD 및 FEA 시뮬레이션을 설정하고 끌어서 놓기만 하면 모든 것이 하나의 공간으로 전송되므로 오류를 크게 줄여줍니다.

단방향 또는 양방향 FSI 시뮬레이션이 필요하십니까?

모델링 접근법은 유체와 고체 간의 물리적 커플링 정도 및 필요한 충실도 수준에 따라 달라질 수 있습니다. 강체 운동 및 복합 열전달과 관련된 응용 분야의 경우 변형이 무시될 수 있으며 CFD 솔버 내에서 문제를 완전히 효율적으로 해결할 수 있습니다.

응력과 변형을 고려해야 하는 경우 유체 및 구조 시뮬레이션은 단방향 또는 양방향 커플링 시뮬레이션을 위해 솔버 간에 데이터를 전송하도록 커플링됩니다.

관련 콘텐츠: 구조 해석을 위한 FEA 메싱의 기초

단방향 FSI 시뮬레이션을 수행하는 방법

CFD 및 FEA 시뮬레이션을 직접 연결하여 Workbench에서 단방향 시뮬레이션을 쉽게 수행할 수 있습니다. 이 작업은 시뮬레이션의 형상과 솔루션 셀을 자동으로 연결하는 간단한 드래그 앤 드롭 작업을 통해 수행됩니다.

양방향 FSI 시뮬레이션을 수행하는 방법

CFD 및 FEA 시뮬레이션을 시스템 커플링과 연결하여 양방향 시뮬레이션을 실행합니다. 이 동영상에서는 Fluent에서 단방향 시뮬레이션을 생성한 다음, Workbench를 통해 Mechanical을 사용하여 양방향 시뮬레이션으로 변환하는 과정을 보여줍니다. Workbench를 통해 가능해진 양방향 데이터 교환은 동시적이고 간단한 시뮬레이션을 생성합니다.

FSI를 사용하여 예측 및 방지

FSI 시뮬레이션을 통해 엔지니어는 유체 흐름과 고체 구조 간의 상호 작용을 예측함으로써 성능에 영향을 미치고 제품 고장을 초래할 수 있는 손상을 방지할 수 있습니다. FSI 시뮬레이션에 대해 자세히 알아보려면 Ansys Workbench를 방문하여 다음 관련 리소스를 확인해 보십시오.

• 머즐 브레이크 구조 무결성을 위한 유체 구조 상호 작용 시뮬레이션(웨비나)
  
• Ansys Fluent 유체 구조와 Ansys Mechanical의 상호 작용(교육)