耦合分析 — 多物理场 — 文章目录
在多物理场分析的实务中，“以什么顺序、什么频率耦合哪些物理场”这一耦合策略的设计，和各个求解器的精度一样左右结果。把所有物理场放进单一矩阵求解的强耦合（整体式）很稳健，但自由度会爆炸；分开求解器、交换界面数据的弱耦合（分区式）很灵活，但需要管理收敛与稳定性。时间尺度相差几个数量级的物理组合（例如电磁为微秒、热为分钟），这一设计能使计算成本相差一个数量级以上。
《用Ansys System Coupling进行耦合分析的方法》一文按商用工具的具体设置项，讲解Fluent与Mechanical之间等共享界面的数据映射、用斜坡松弛和Aitken松弛实现稳定化，以及收敛判据的设计。即使工具不同，思路也可以直接移植。
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- 联合仿真（用MpCCI耦合）
结合MpCCI等耦合中间件的思路，用算例讲解耦合不同软件求解的联合仿真。把两质量弹簧系统分成两部分，交换间隔为周期的1/115时，仅保持数值的方式误差19%、能量2.1倍，线性外推误差0.6%； - COMSOL多物理场方法
以温度升高电阻下降的元件（热敏电阻）的电-热耦合，比较了COMSOL Multiphysics等通用工具具备的“全耦合”和“分离”两种求解方式。电压10 V时分离求解11次、全耦合4次收敛， - 耦合问题的收敛性
用交替代入的迭代（皮卡法）和牛顿法求解了电阻随温度升高的电热丝（0.1 Ω、冷却0.05 W/K）的电-热耦合。收敛快慢由耦合强度q = I²R₀α/G决定，电流5 A时12次，10 A时78次，11 A时335次。 - 数据驱动型多物理场耦合
数据驱动型多物理场耦合：运用机器学习代理模型、多保真GP与AI模拟技术，涵盖碰撞NVH耐久与热结构连成的优化方法，掌握智能复合物理场分析。 - 数字孪生的多物理场耦合
电机绕组温度难以直接测量。把外壳温度传感器（误差0.5 K）与两节点热模型结合，用卡尔曼滤波估计绕组温度。模型损耗比实际少两成时，仅用模型误差平均12.6 K（最大21.0 K）。用传感器校正后为9.0 K， - 非匹配网格间数据传递
比较了把含尖锐峰值的热流从流体侧细网格（97单元）传到结构侧粗网格（10单元）的方法。用最近点值和线性插值会漏掉峰值，传递的总热量减少约9%。按重叠长度平均的守恒型映射总量误差为0， - 模型降阶方法
用本征正交分解（POD）把200个未知数的一维瞬态导热压缩到几个模态。热源在中央的训练条件下，4个模态最大误差0.04%，8个模态约为4×10⁻⁸，几乎完全再现。但把热源移到0.6时，模态增加到16个误差仍停在19%。 - 多尺度耦合分析
把碳纤维（轴向230 GPa）与环氧树脂（3.5 GPa）的单向材料在纤维体积分数60%下均匀化。纤维方向刚度按混合律为139 GPa。垂直纤维方向串联（Reuss）为6.5 GPa， - 分离解法与整体解法
用流固耦合附加质量模型计算讲解多物理场分离解法与整体（单体式）解法的区别。附加质量比超过1时，每步只交换一次数据的弱耦合即使时间步长缩小到1/10也发散，无松弛的子迭代也发散，而松弛系数0.5或Aitken松弛可收敛； - 耦合问题的降阶模型（ROM）
把表示功率半导体热特性的200自由度模型，缩为按阶跃响应拟合的3级RC电路（福斯特网络）。相对热阻6.45 K/W，拟合误差最大0.008 K/W。在损耗随温度增加的电-热耦合中，通电5秒、停5秒重复300秒， - 多物理场缩约模型（ROM）
多物理场缩约模型ROM详解：基于POD固有正交分解与Galerkin投影，涵盖快照采样、参数化ROM与稳定性精度保证，实现千倍计算加速的降阶仿真。 - 交错耦合方法
用耦合的二变量方程，把用不同求解器交替求解两种物理的交错耦合与整体式求解比较。耦合弱（系数0.5）时，交替求解误差与整体式几乎相同。但振荡性强耦合（系数±5）时，即使各求解器都用隐式， - 强耦合与弱耦合
以流固耦合中的附加质量效应为例，讲解单向与双向耦合、弱耦合（显式交错计算）与强耦合（迭代或整体求解）的区别。用单自由度模型说明附加质量比超过1时显式耦合无论时间步长多小都会发散，以及子迭代与Aitken松弛如何使其收敛。 - 用Ansys System Coupling进行耦合分析的方法
从耦合迭代和松弛设置讲解连接流体与结构等不同求解器的分区耦合分析（如Ansys System Coupling）。模型问题表明：附加质量比大时，不松弛会发散，固定松弛因子最多需要95次迭代，而Aitken法35次即收敛。 - 多物理场拓扑优化 — 使用SIMP法同时优化结构、热和流体
以小型散热路径算例讲解用于结构、热、流体的拓扑优化SIMP法。惩罚系数为1时热柔度降到均匀布置的50%，但66%的单元为中间密度，取整为0/1后恶化到19倍；系数为3时取整后仍比均匀布置好。并总结多目标化的注意事项。 - 多物理场不确定性量化
以电流加热铜线的电热耦合为例讲解耦合分析的不确定性量化。对换热系数等输入给予现实离散的蒙特卡洛计算表明：耦合后温度95%分位值从157 ℃扩大到292 ℃，线性化估计会低估离散，且97%的方差来自换热系数。