一方向流体構造連成 — 実践ワークフロー

Workbenchのプロジェクトスキマティックで以下のように構成する。

1. Fluent Analysis（System A）を配置し、CFD解析を完了

2. Static Structural（System B）を配置

3. System AのSolutionセルをSystem BのSetupセルにドラッグ&ドロップ

4. MechanicalでImported Pressureが自動的に生成される

5. マッピングを確認し、構造解析を実行

Workbenchの強みだね。ただし注意点がある。

• CFDとFEAのメッシュは独立して最適化すべき（CFDは境界層解像、FEAは応力集中部に集中）
• Imported Pressureのマッピングターゲット面がCFD壁面と空間的に一致していることを確認
• 転送後にMechanicalでForce Reactionの値がCFDの合力と一致するか検算

STAR-CCM+のExport機能で壁面データをAbaqus INP形式に出力する方法がある。ステップは以下の通り。

1. STAR-CCM+でCFD解析を完了

2. 壁面パーツ→右クリック→Export→Abaqus Surfaceを選択

3. 出力された.INPファイルをAbaqusで*DSLOAD（分布荷重）として読み込む

4. Abaqusで構造解析を実行

非定常の場合はステップごとにINPファイルを出力して、AbaqusのAmplitude tabular dataとして時刻歴を定義する。あるいはCo-Simulation Engineを使って自動的に時刻同期させる方法もあるよ。

簡単なチェック方法がある。一方向FSIで得られた構造の変位 $\delta$ を確認して、

であれば一方向FSIの仮定は概ね妥当だ。これが5-10%を超える場合は双方向FSIが必要。

もう一つの指標は無次元変位パラメータ $\Pi$ だ。

ここで $q_{\infty}$ は動圧、$E$ はヤング率、$L/t$ は代表長さ/厚さ比。$\Pi \ll 1$ なら一方向で十分、$\Pi \sim O(1)$ なら双方向が必要だ。

その通り。一方向FSIは計算コストが低いから、まずスクリーニングとして使い、双方向FSIの必要性を判断するのが効率的だ。