流体-结构耦合 — CAE术语解说

FSI（Fluid-Structure Interaction）是流体的力使结构变形，而结构的变形改变流场——这种相互作用在重要问题中起关键作用。分别求解的"单向耦合"只计算一次流体力→结构变形，忽略结构变形对流场的反馈影响。真正的FSI即"双向耦合"需要迭代求解流场和结构。桥梁的风振（气动弹性）、心脏瓣膜的动作（生物力学）、机翼的弯曲变形（气动弹性）、管道中的水击（水锤现象）等是需要双向耦合的典型问题。

双向耦合确实计算量很大。流体求解器和结构求解器在每个时间步长交换信息并反复迭代（分区方法如OpenFOAM和Abaqus通过预测-修正耦合等方式），计算成本会是单个求解器的数倍到数十倍。实用的对策是强耦合法（Monolithic Approach）——将流体和结构作为一个方程组同时求解——稳定性更好但实现复杂。而分区方法（Partitioned Approach）——各求解器独立运行在界面交换数据——易于组合现有求解器但容易不稳定。可以使用preCICE（Precise Code Interaction Coupling Environment）这个开源耦合库灵活地耦合OpenFOAM、FEniCS等求解器。