流固耦合分析：从入门到精通

流固耦合分析主要用于解决流体与结构之间相互作用效应。主要应用在汽车NVH、列车车辆和飞机客舱等的内噪声预测分析以及考虑流体质量影响流体中结构如舰船的模态特性分析等。Nastran中拥有多种方法求解完全流固耦合分析问题，包括流固耦合法、水弹性流体单元法、虚质量法。

流固耦合法广泛应用于声学和噪声控制领域中，如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究、NVH等。分析过程中，利用直接法和模态法进行动力响应分析。流体假设是无旋和可压缩的，分析的基本控制方程是三维波方程，两种特殊的单元被用来描述流固耦合边界。此外，Nastran新增加的声吸收单元可以精确描述材料的频变吸声性能，方便地模拟汽车座椅、内饰材料等。（噪）声学载荷由节点的压力来描述，既可以是常量，又可以是与频率或时间相关的函数，还可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。对于不同结构产品的噪声影响结果可被分别输出。对于频率范围较宽，模型规模较大的声场分析可以方便结合Nastran的ACMS方法，同时利用并行计算技术、超单元技术，大大提高计算效率和精度。

水弹性流体单元法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。水弹性流体单元法可用于标准的模态分析、瞬态分析、复特征值分析和频率响应分析。当流体作用于结构时，要求必须指出耦合界面上的流体节点和相应的结构节点。自由度在结构模型中是位移和转角，而在流体模型中则是轴对称坐标系中调和压力函数的傅立叶系数。类似结构分析，流体模型产生“刚度”和“质量”矩阵，但具有不同的物理意义。载荷、约束、节点排序或自由度凝聚不能直接用于流体节点上。(www.xing528.com)

虚质量法是仅考虑流体质量对结构的影响。

Nastran的声场分析功能还集成了Actran的声学求解技术，不但可以进行内声场的分析，还可以进行外声场的分析。可以分析结构的声辐射、声传播，吸收，散射以及结构声振耦合问题等。并且最大的特点是可以求解大型结构的内外声结构耦合分析和优化，如整车的声响分析和动力系统的声辐射。