流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）分析是研究流体与固体结构之间相互作用的多物理场问题，常见于工程、生物力学、航空航天等领域。以下是其核心内容总结：
1. 基本概念
耦合机理：流体（液体或气体）对固体结构的压力、剪切力等导致结构变形，而结构变形又反过来改变流场边界条件，形成双向反馈。
分类：
单向耦合：流体影响结构，但结构变形对流场影响可忽略（如风载荷对建筑物作用）。
双向耦合：流体与结构相互影响显著（如心脏瓣膜运动、飞机机翼颤振）。
2. 分析流程
建模：
流体域（Navier-Stokes方程）与固体域（弹性力学方程）分别建模。
关键参数：流体黏度、密度；固体弹性模量、泊松比等。
网格划分：
流体域常采用欧拉网格，固体域采用拉格朗日网格。
耦合界面需保证网格兼容性（如浸入边界法、任意拉格朗日-欧拉法ALE）。
求解方法：
分区耦合：流体与固体分别求解，通过迭代交换边界数据（如力、位移）。
整体耦合：直接联立流体与固体方程（计算量大，精度高）。
数值方法：
有限元法（FEM）用于固体分析。
有限体积法（FVM）或有限差分法（FDM）用于流体分析。
耦合算法：强耦合（隐式）、弱耦合（显式）。
3. 典型应用场景
航空航天：机翼颤振、火箭燃料箱晃动。
汽车工程：轮胎-水流相互作用、空气动力学优化。
生物医学：血管壁与血流耦合、人工心脏瓣膜设计。
能源工程：风力发电机叶片振动、核反应堆冷却系统。
4. 常用软件
ANSYS Workbench：集成Fluent（CFD）和Mechanical（FEM），支持双向耦合。
COMSOL Multiphysics：内置FSI模块，适合复杂多物理场问题。
ADINA：专长强耦合FSI，适用于大变形问题。
OpenFOAM：开源CFD工具，可耦合Code_Aster（FEM）进行FSI分析。
图1 机翼二阶模态振型云图
图2 轮胎-水流相互作用
图3 血管壁与血流耦合
图4 风力发电机叶片振动
