多物理场耦合是工程仿真中最具挑战性的问题之一。本文将介绍 ExCAE 自主求解器在流固耦合（FSI）和热固耦合方面的技术方案。
什么是多物理场耦合？
在实际工程问题中，往往不止一种物理现象在起作用。例如：
- 飞机机翼在气流作用下发生变形（流固耦合）
- 发动机部件在高温下发生热膨胀（热固耦合）
- 声波在结构中的传播（声固耦合）
耦合策略对比
| 策略 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 单向耦合 | 计算量小 | 忽略反馈效应 |
| 双向弱耦合 | 收敛性好 | 精度有限 |
| 双向强耦合 | 精度最高 | 计算量大 |
ExCAE 的求解方案
ExCAE 自主有限元求解器支持以下多物理场耦合能力：
流固耦合（FSI）
采用基于 ALE（任意拉格朗日-欧拉）描述的流固耦合算法，支持：
- 不可压缩流体与弹性结构的双向耦合
- 大变形条件下的网格更新
- 基于 MPI 的并行求解
热固耦合
支持稳态和瞬态热分析，包括：
- 热传导、对流、辐射边界条件
- 温度依赖材料属性
- 热应变与机械应变的叠加
应用案例
在航空发动机涡轮叶片的分析中，ExCAE 求解器成功模拟了高温燃气流动、叶片温度场分布以及热应力分布的全耦合过程。
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