溫度場分析的案例
基于HyperWorks的冰箱門溫度場有限元分析
趙守振 孫運會
蘇州三星電子有限公司 蘇州
摘要：利用HyperWorks軟件建立冰箱門的有限元模型，通過溫度場分析計算出門蓋的應力和變形，結合計算結果分析查找處門蓋開裂的原因，在此基礎上對門蓋的結構進行了改善，并對改善后的結構進行了有限元分析，在滿足強度要求的前提下，實現更具成本競爭力的開發目標。
關鍵詞：冰箱門蓋，溫度循環，應力
0概述
隨著國內家電品牌的發展和日益成熟，家電行業的競爭日趨激烈，國內外品牌家電廠商除了重視產品的外觀之外，愈來愈重視技術革新和成本競爭力。控制原材料成本已成為產品開發中的重要環節。降成本開發可以從簡化產品結構、控制生產工藝等多方面考慮，其中采用更具成本優勢的材料是成本管控的技術手段之一。
本公司在開發某型號的冰箱時，為了管控成本，研討HIPS（高抗沖擊聚苯乙烯）替代ABS工程塑料在冰箱門體蓋板上的應用。冰箱門由上門蓋、下門蓋、鋼板、內膽以及發泡料組成。上下門蓋裝配在冰箱門兩端,它通常是由ABS 注塑成型,在冰箱門上起到固定門體的作用。門蓋材料由ABS變更為HIPS后，在門體溫度循環試驗中門蓋發生開裂現象，本文通過溫度場CAE分析模擬冰箱門在高溫及低溫放置的工況，考查冰箱門蓋的應力和變形情況，查找出門蓋開裂的原因，并對其結構進行了改善。
1冰箱門門蓋開裂原因分析
在冰箱的開發過程中，需要通過很多信賴性實驗來驗證冰箱整機以及部品的結構及性能。其中冰箱門溫度循環試驗是模擬冰箱門在使用過程中內部低溫外部高溫條件下的變形及失效情況。冰箱門溫度循環試驗是將門體放置變溫室內，將環境溫度設定成從低溫t1升高到高溫t2然后再由高溫降低到低溫的一個循環過程，如圖1所示。
展開 某型通航發動機活塞溫度場和熱應力的初分析
1、分析目的
活塞式通航發動機的活塞屬于高溫部件，在發動機開發過程中活塞的溫度場和熱應力是必須要進行的分析項目。本案例是由于某型通航發動機為實現壓縮比增加而須對其活塞進行熱校核的簡要分析。
2、模型說明
活塞如圖1所示，其材料為BH122A，材料材料如表1所示。
圖1 活塞的三維模型
表1 BH122A材料屬性
3、溫度場分析
欲得到活塞的溫度場，需要知曉活塞的熱邊界條件，一般而言，活塞的熱邊界條件比較復雜，活塞頂部與高溫燃氣直接接觸，裙部與缸套接觸，而底部還有潤滑油進行冷卻。所以，如果要得到活塞準確的換熱邊界，往往需先進行燃燒仿真分析、噴油冷卻分析、活塞動力學分析等一系列分析項目，由于本案例是活塞的初步分析，故而其熱邊界取同排量發動機的經驗值，具體取值如表2所示：
分析計算采用了SimSolid軟件，在SimSolid中施加的活塞熱邊界如圖2所示。得益于SimSolid軟件的無網格技術，在SimSolid中設置好材料和熱邊界（其中絕熱邊界在軟件中設置為熱流為0W/m2）后即能計算，并快速得出結果，得到的活塞溫度場分析結果如圖3所示。最大溫度為352.5℃，未超過材料許用溫度值。
圖2 在SimSolid軟件施加熱邊界
圖3 活塞的溫度場計算結果
3、熱應力分析
在SimSolid軟件添加一個結構線性分析，并將溫度場分析結果加載到活塞上，將活塞銷孔進行約束后進行計算，得到熱應力分析結果如圖4所示。最大應力為23.35MPa，且位于銷孔內，說明最大應力并非來自熱應力，而是因約束引起的應力。
圖4 活塞的熱應力計算結果
4、總結
（1）、由于活塞的熱邊界來自經驗值，并非經過CFD仿真分析后所得，所以溫度和應力的分析結果有待進一步核實、修正。
展開 simsolid—某型排氣歧管溫度場仿真分析
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某型排氣歧管溫度場仿真分析.pdf
某型排氣歧管溫度場仿真分析
1、分析目的
排氣歧管通常由鑄鐵或雙壁面焊接金屬制造而成。采用鑄造工藝的排氣歧管目前已廣泛應用于汽油機或柴油機。排氣歧管應當有足夠的剛度以滿足在發動機開發過程中所需的主要設計目標，比如動力性能，燃油經濟性和排放。為了實現催化劑快速和高效啟動反應，廢氣溫度應該進一步提升以確保催化劑更高的轉化效率，而排氣歧管也將承受更高的熱負荷。因此針對某排氣歧管應用simsolid軟件對其執行了溫度場仿真分析。
2、模型說明
選擇鐵素體球墨鑄鐵作為排氣歧管和增壓器渦殼材料，其材料屬性高度依賴于環境溫度。彈性模量和導熱系數隨溫度的變化見圖1和圖2。排氣歧管幾何模型如圖3所示。
圖1 材料變溫下的彈性模量 圖2 材料變溫下的導熱系數
圖3 排氣歧管幾何模型
3、溫度場分析
排氣歧管溫度場分布是進行結構分析最為重要的邊界條件。3D CFD計算結果傳遞局部換熱系數和近壁面氣體溫度，然后在一個工作循環周期內進行平均處理，即得到時間平均的換熱系數和近壁面氣體溫度。除了排氣歧管內壁面的對流換熱外，排氣歧管外壁面的對流換熱和熱輻射對傳熱分析也至關重要。時間平均的換熱系數和近壁面氣體溫度一般會隨發動機實際工況而產生變化。在Simsolid軟件中定義排氣歧管內外壁面的換熱系數和溫度，定義過程非常簡易，如圖4和圖5所示。
展開 基于SimSolid的某型通航發動機活塞溫度場和熱應力的初分析
技術鄰用戶：炫炫
1、分析目的
活塞式通航發動機的活塞屬于高溫部件，在發動機開發過程中活塞的溫度場和熱應力是必須要進行的分析項目。本案例是由于某型通航發動機為實現壓縮比增加而須對其活塞進行熱校核的簡要分析。
2、模型說明
活塞如圖1所示，其材料為BH122A，材料材料如表1所示。
圖1 活塞的三維模型
表1 BH122A材料屬性
3、溫度場分析
欲得到活塞的溫度場，需要知曉活塞的熱邊界條件，一般而言，活塞的熱邊界條件比較復雜，活塞頂部與高溫燃氣直接接觸，裙部與缸套接觸，而底部還有潤滑油進行冷卻。
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abaqus凍土路基的溫度-水分-變形多場耦合分析
在同一路基橫斷面處，由于凍土路基溫度場和水分場分布的不同，路基表面會產生不均勻變形，即在道路橫向發生了變形。在青藏公路的不同路段，由于不同的路基填料、不同的路基高度、不同的多年凍土類型以及不同的路側積水等情況，會使得凍土路基形成縱向的波浪變形。
1 路基溫度場
溫度場的控制方程如下所示
由于凍土路基會存在凍結和融化過程，這就會伴隨著相變熱的產生，因此需要在傳統溫度控制方程中額外考慮相變熱的的影響。
路基的溫度場邊界比較復雜，本文采用第二類和第三類邊界條件，考慮太陽輻射、對流換熱和地面有效輻射的影響。太陽輻射主要影響大氣溫度變化，這里采用下式描述大氣溫度變化
對流換熱則采用下式描述
建立如圖所示的有限元模型
可以計算得到路基的溫度場分布和一年中路基的溫度變化如圖所示
2 水分場分析
凍土路基的變形與水的凍結和融化息息相關。所以分析凍土路基的變形時必須考慮水場分布的影響。
路基中水分場遷移可以通過達西定律來描述
由于凍土路基中，水分凍結后，水分會發生遷移，因此需要考慮相變對水分遷移的影響。
計算得到的飽和度分布如圖所示
3 變形場分析
凍土路基的變形包括融沉變形和車載變形。進行變形場分析時，采用摩爾庫倫準則
路面的車輛載荷采用脈沖載荷來模擬，如下圖所示
同時，水分的凍結時會產生凍脹變形，因此需要考慮凍脹率的影響。這里凍脹率選擇為0.03。
結合溫度場分析和水分場分析可以獲得路基的變形結果。
本文中，溫度場分析通過film子程序和dflux子程序定義溫度邊界，通過hetval子程序定義相變熱。變形場分析通過dload子程序定義車輛載荷，通過uexpan子程序引入凍脹影響。
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在同一路基橫斷面處，由于凍土路基溫度場和水分場分布的不同，路基表面會產生不均勻變形，即在道路橫向發生了變形。在青藏公路的不同路段，由于不同的路基填料、不同的路基高度、不同的多年凍土類型以及不同的路側積水等情況，會使得凍土路基形成縱向的波浪變形。
1 路基溫度場
溫度場的控制方程如下所示
由于凍土路基會存在凍結和融化過程，這就會伴隨著相變熱的產生，因此需要在傳統溫度控制方程中額外考慮相變熱的的影響。
路基的溫度場邊界比較復雜，本文采用第二類和第三類邊界條件，考慮太陽輻射、對流換熱和地面有效輻射的影響。太陽輻射主要影響大氣溫度變化，這里采用下式描述大氣溫度變化
對流換熱則采用下式描述
建立如圖所示的有限元模型
可以計算得到路基的溫度場分布和一年中路基的溫度變化如圖所示
2 水分場分析
凍土路基的變形與水的凍結和融化息息相關。所以分析凍土路基的變形時必須考慮水場分布的影響。
路基中水分場遷移可以通過達西定律來描述
由于凍土路基中，水分凍結后，水分會發生遷移，因此需要考慮相變對水分遷移的影響。
計算得到的飽和度分布如圖所示
3 變形場分析
凍土路基的變形包括融沉變形和車載變形。進行變形場分析時，采用摩爾庫倫準則
路面的車輛載荷采用脈沖載荷來模擬，如下圖所示
同時，水分的凍結時會產生凍脹變形，因此需要考慮凍脹率的影響。這里凍脹率選擇為0.03。
結合溫度場分析和水分場分析可以獲得路基的變形結果。
本文中，溫度場分析通過film子程序和dflux子程序定義溫度邊界，通過hetval子程序定義相變熱。變形場分析通過dload子程序定義車輛載荷，通過uexpan子程序引入凍脹影響。
展開 求吊艙內溫度場分析
北京求吊艙內外流場及溫度場分析，私活！
有意者私聊
GeoStudio工程應用實例之73 熱虹吸器尾部溫度場分析（Temp）
GeoStudio工程應用實例之73 熱虹吸器尾部溫度場分析（Temp）（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
資料來源：
中仿科技
文件大小：
32MB
文件語言：
簡體中文
推薦級別：
下載次數：
總: 2 今日: 1 本周: 2 本月: 2
本例對安裝在阿拉斯加費爾班克斯的熱虹吸器的溫度場進行了瞬態分析。該例 假設在地基處有永久凍結帶，模型剖面圖如下所示：
點擊下載：本地下載
http://www.cntech.com.cn/down/h000/h03/1241487844d3621.html
展開 GeoStudio工程應用實例之72 熱虹吸器側面溫度場分析（Temp）
GeoStudio工程應用實例之72 熱虹吸器側面溫度場分析（Temp）（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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中仿科技
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17MB
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簡體中文
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本例對安裝在阿拉斯加費爾班克斯的熱虹吸器的溫度場進行了瞬態分析。該例 假設在地基處有永久凍結帶，模型剖面圖如下所示：
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展開 技術干貨丨基于SimSolid的塑膠模具溫度場瞬態分析
4.熱條件輸入
通過時間曲線的振幅因子，控制不同時間的水路溫度輸入；
定義需要計算的預熱溫度場輸入，可以是功率也可以是溫度，或者是變化的溫度場輸入，比如開始時100℃，1小時后變更為90℃等，可以通過上述實際曲線進行控制；
定義上下與注塑機接觸面的熱交換系數，定義模具四周表面對流區域及換熱系數；如果有特殊區域，如有隔熱板區域，可以單獨定義。
5.求解計算
設置計算時間，完畢后，提交計算；
如果只是快速的預測溫度場，粗略計算的速度很快，大約只需要5分鐘即可完成分析；從模型導入到分析結束時間不超過30min。
6.結果讀取
7200s時，整體溫度最高94.4℃；也可以查閱核心部件溫度場變化。
重點評估注塑區域鑲塊溫度是否＞90℃；
可以查閱不同時間核心部件的溫度變化。
小結
基于 SimSolid 塑膠模具的預熱溫度場分析，分析過程無需專業人員，也不需要進行精確的網格及接觸處理，分析時間可以控制在1小時內，能夠滿足企業的DFM、報價、工藝預設計階段的需求，能夠大幅度降低后期不可控風險及工藝變更次數，縮短研發周期，大幅降低產品的開發成本。
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定義求解選項
9.4.5 生成解
第10章 二維溫度場分析
10.1 二維熱分析理論基礎
10.2 二維溫度場邊界條件
10.2.1 強加溫度（Enforce Temperature）
10.2.2 表面熱流密度（Surface Heat Flux）
10.2.3 熱對流（Convection）
10.2.4 輻射（Radiation）
10.3 〖例10.1〗帶有集中熱源絕緣棒的溫度場分析
10.3.1 問題分析與解析解
10.3.2 Maxwell 2D溫度場仿真分析
10.4 〖例10.2〗導電棒的溫度場分析
10.4.1 問題描述與解析解
10.4.2 Maxwell 2D溫度場仿真分析
10.5 〖例10.3〗方形截面導體溫度場計算檢驗
10.5.1 建立Maxwell 2D工程項目
10.5.2 創建2D模型
10.5.3 設定材料屬性
10.5.4 設定邊界條件和激勵源
10.5.5 求解
10.5.6 分析求解結果及檢查能量守恒
10.6 〖例10.4〗單一導體溫度場分析
10.6.1 建立Maxwell 2D工程項目
10.6.2 創建2D模型
10.6.3 設定材料屬性
10.6.4 設定熱邊界條件和激勵源
10.6.5 求解
10.6.6 結果分析
10.7 〖例10.5〗線圈溫度場分析
10.7.1 問題分析
10.7.2 Maxwell 2D仿真過程
第11章 二維參數化電磁場分析
11.1 〖例11.1〗螺線管電磁閥的參數化求解
展開 
基于SimSolid的塑膠模具溫度場瞬態分析
1.模具初始模型輸入
導入整套塑膠模具模型，所有模型不經過任何精簡或者處理，直接由NX導入到SimSolid；
合計零部件數目430個，抑制2個多余的小體積零件，自動識別出螺栓153個；
2.統一定義材料
統一設置材質，對于個別零件如果有特殊材質，可以單獨選中定義材料；
3.自動生成接觸條件
自動批量設置零部件的接觸類型，有特殊接觸需要的零件，可以手動變更接觸類型；
4.熱條件輸入
通過時間曲線的振幅因子，控制不同時間的水路溫度輸入；
定義需要計算的預熱溫度場輸入，可以是功率也可以是溫度，或者是變化的溫度場輸入，比如開始時100℃，1小時后變更為90℃等，可以通過上述實際曲線進行控制；
定義上下與注塑機接觸面的熱交換系數，定義模具四周表面對流區域及換熱系數；如果有特殊區域，如有隔熱板區域，可以單獨定義。
5.求解計算·
設置計算時間，完畢后，提交計算，
如果只是快速的預測溫度場，粗略計算的速度很快，大約只需要5分鐘即可完成分析；從模型導入到分析結束時間不超過30min；
6.結果讀取
7200s時，整體溫度最高94.4℃；也可以查閱核心部件溫度場變化。
重點評估注塑區域鑲塊溫度是否＞90℃；
可以查閱不同時間核心部件的溫度變化；
小結：
基于SimSolid塑膠模具的預熱溫度場分析，分析過程無需專業人員，也不需要進行精確的網格及接觸處理，分析時間可以控制在1小時內，能夠滿足企業的DFM、報價、工藝預設計階段的需求，能夠大幅度降低后期不可控風險及工藝變更次數，縮短研發周期，大幅降低產品的開發成本。
展開 管道對接2層焊，層間冷卻熔覆溫度場、應力場模擬分析
摘要
本文使用ANSYS workbench軟件對焊接過程進行焊接數值模擬，利用編程實現焊接模擬分析過程中的熱源加載和移動，利用2層生死單元模擬焊料熔化填充過程，得到焊接過程中的溫度場和應力場隨時間變化的分布情況，并對結果進行分析。
01
焊接件的物理模型
本文選取結構鋼材料進行管道焊接分析，管道內徑r=25mm，外徑R=30mm,上/下管道高度為50mm。熔覆層共有兩層，每層30個熔覆單元，每個熔覆單元弧度為360/30=12°。
平板溫度場瞬態分析 ￥5
USE JACOBI CONJUGATE GRADIENT SOLVER
SOLVE
FINISH
溫度場動畫與時間歷程動畫放在一起，命令流見附件，感興趣的可以下載！
運行的時候將myanim.txt后綴改成mac，放到ansys工作路徑下運行即可。
基于SimSolid的塑膠模具溫度場瞬態分析【附100個AI應用案例下載】
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><br></p><p>如果只是快速的預測溫度場，粗略計算的速度很快，大約只需要5分鐘即可完成分析；從模型導入到分析結束時間不超過30min。</p><p><br></p><p><strong>6.結果讀取</strong></p><p><br></p><p><img src="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/x0yLiaf5fF6zViaNwGu9Apt5Z4icfRMia12TR3ibXnibLKQ0KAyn6zZYtzcm5E6AMKia4haSqfHWYygFHxyMleaW1hQ8A/640?wx_fmt=png&from=appmsg" width="1228"></p><p><br></p><p>7200s時，整體溫度最高94.4℃；也可以查閱核心部件溫度場變化。</p><p><br></p><p>重點評估注塑區域鑲塊溫度是否＞90℃；</p><p><br></p><p>可以查閱不同時間核心部件的溫度變化。</p><p><img src="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/x0yLiaf5fF6zViaNwGu9Apt5Z4icfRMia12TROVvgBjIzETOJEnv8LPibyeuWQibibs8eycRTZtHVeoqVmxCaHIBL9LAg/640?
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