CFD结果映射到ABAQUS模型上 原创

在流体到固的单向耦合仿真中，常常需要传递的物理量是压力和温度，它们可以作为结构分析的载荷条件。

不同软件之间数据格式不通，需要人为的去做数据转换。更关键的是，在实际项目中，做CFD仿真的和做CAE仿真的压根不是一个人。 

这会带来两个问题：

(1) 流体壁面和结构壁面模型坐标系不一致，参数无法直接用；

(2) 流体壁面和结构壁面玩个节点不一致，无法进行点对点的参数传递。 

所谓逢山开路遇水搭桥，在这种情况下，我们就需要开发一些小工具，自动完成参数映射。 

本文以某型天线为例，给出CFD的温度场映射到ABAQUS模型上的方法。

关键步骤梳理

步骤一，CFD结果导出：

做结构的人大部分对CFD格式不慎熟悉，当然我们可以提出需求，让CFD工程师帮忙把壁面（wall）上结果导出，每行数据依次按照x，y，z，temperature排布，形成一个四列数的文本。 

如果对方搞不定，或者CFD就是我们自己做的，就只能自求多福了。

一般情况，如果我们所使用的CFD软件或者CFD-POST这类后处理工具，是可以帮助我们得到一个四列数的文本的。最不济，我们可以借助强大的Tecplot完成。 

再或者，从以后使用方便角度考虑，直接导出一个Tecplot文件。然后我们自己编一个针对.plt的后处理程序，自动完成壁面参数提取。

工作室自研解析工具

步骤二，坐标系融合：

融合方法有两种：

（1） 公共点转换：当结构特征表现出明显的对应性的时候，且我们可以找到至少三个公共点，就可以建立坐标系转换关系，将流体坐标系转换到结构坐标系下。

（2） 点云配准：如果不具备上述特征，就需要采用点云配准的方法。该方法可以将两组点坐标，进行最佳拟合匹配。 

在编程的时候，点云配准可以借助现有的点云算法库完成，目前较为流行的PCL库。 

我们在步骤一得到了CFD壁板坐标，这里进行坐标系融合的时候还需要CAE模型的坐标，该坐标可以从ABAQUS inp文件中之间拷贝得到。

*Part, name=PART-1

*Node

      1,   54.4015923,  -5.89080048,          30.

      2,   53.8370857,  -11.9988546,          30.

      3,  -48.6207314,  -3.89129758,          84.

      4,  -49.0763855,  -4.09715223,   94.4679184

      5,  -53.4180222,  -3.19716525,   94.5191727

      6,  -52.7271576,  -2.91121149,          84.

      7,  -44.4379768,   -4.5009594,          84.

      8,  -44.6520882,  -4.47322035,   94.4163437 

步骤三，参数映射：

ABAQUS中自带了场定义模块，通过粘贴坐标和对应变量值，自动实现插值映射。

如果有一些特殊情况，比如我的ABAQUS模型是带厚度的实体单元，我想让那个面的温度映射到整个厚度方向单元上。

这就需要我们自己做插值算法。可以采用如下思路：

(1) 对于每个CAE模型的节点，计算它与所有CFD节点之间的距离。

(2) 查找到每个CAE节点最邻近的CFD节点，将这个最邻近CFD数据点的温度插值到CAE中，这样便可得到CAE温度的插值数据。

(3) 最后使用插值结果，对inp进行自动修改，将温度结果施加到每个节点上。

步骤四，渲染对照：

再开发一个可视化模块，将原始CFD温度分布和映射后面的CAE模型变量分布进行渲染。帮助我们确认是否有明显的映射错误。

效果

某型天线壁面的温度映射结果如下，我们开发了专门的软件界面用以完成该过程。

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