穩態分析的案例
Moldex3D模流分析之如何應用熱流道穩態分析改善多模穴成型流動平衡
應用二：熱流道穩態分析后，接續執行充填分析，以得到更真實熱流道信息
不同于充填分析，熱流道穩態分析考慮數次射出(直到平衡)后所累積的剪切生熱效應，例如不均勻/對稱熱流道溫度分布。因此若在熱流道穩態分析后接續充填分析，可取得更準確的熱流道初始訊息，會比以往的充填分析來得精準。以下為具體操作流程：
步驟1：重復上述步驟1與步驟2，新增并設定項目
步驟2：分析順序設定為先進行熱流道穩態分析，接著執行充填分析。
注：此分析順序需手動自定義，可參照下圖設定：
步驟3：計算完成后查看流動分析結果。
注：比較溫度、流動波前時間結果和充填結果紀錄文件，可觀察出在熱流道穩態分析─充填分析的差異。
展開 同一模型的瞬態穩態對比分析（fluent）
摘要：本文針對同一結構和條件進行瞬態和穩態分析，當瞬態分析經過一定時間后，趨于穩定，和穩態分析結果一致。瞬態分析和穩態分析相互驗證。
00 模型
水流速度40m/s，平板底部固定。
01 穩態分析
02 瞬態分析
03 結果對比
穩態分析：
瞬態分析：
穩態分析和瞬態分析，結果基本一致。
一分鐘了解穩態熱分析&瞬態熱分析
5）溫度分布仿真結果
2.4.解析解與有限元仿真解的比較
單軸直桿穩態熱傳導解析解與數值解計算結果如下表所示。可以看到數值解與解析解是完全一致的。根據熱流率的仿真結果看，流入熱量與流出熱量是相等的，滿足能量守恒定律。
3.單軸直桿瞬態熱分析
不同于穩態傳熱分析，瞬態傳熱分析是指一個系統的加熱或冷卻過程。在穩態傳熱分析中，分析步時間是沒有意義的；而在瞬態傳熱分析中，分析步的時間是有實際意義的。
3.1.問題描述
如圖所示的單軸直桿傳熱模型（不考慮輻射和對流換熱），熱流率Q=1W從溫度T(0)端流入，流過長度L=400mm，橫截面積A=10×10mm2的直桿，從溫度T(L)=20°C端流出，假設材料為鋁合金，導熱系數k=100W/(m°C)，計算直桿的左端點和中點的溫度隨時間的變化曲線。
3.2.有限元解
1）材料定義
不同于穩態熱分析，在瞬態熱分析中除了定義熱導率（Conductivity）之外，還需要定義密度（Density）和比熱容（Specific Heat）。
2）分析步設置
定義瞬態傳熱分析步，分析步時間為60s。初始增量步設為1s，最小增量步設為0.0006s，最大增量步設為1s。每個增量步所允許的溫度的最大變化設為50°C。
3）邊界條件和載荷
邊界條件和載荷同上述穩態熱分析。另外再對整個直桿施加20°C的初始溫度場。
4）網格劃分
網格劃分同上述穩態熱分析。
5）溫度分布仿真結果
展開 Abaqus|基于模態阻尼的穩態動力分析以及減振產品開發與優化問題
而頻響應曲線——激勵頻率與響應（位移、加速度等）的關系曲線就是一個直觀效果展示方式，即可以評價特定頻率下減振措施的減振效果，也可以觀察到具有減振效果的頻帶有多寬（這對于實際問題的魯棒性非常重要，因為材料與激勵并不會像分析計算模型一樣那么理想）。為了獲得如圖0所示的頻響曲線，可以進行穩態分析。為了在最終的頻響曲線中考慮到材料或者減（吸）振器阻尼耗能的頻率相關特性，就可以利用模態阻尼。本文主要介紹相關概念以及在Abaqus中的實現過程，并進而引出減振產品（結構）開發與優化問題的提法。
▲圖0 頻響曲線
2. 穩態動力學分析
在簡諧激振作用下的強迫振動，包含過渡過程和穩態響應兩部分。由于結構中不可避免地會出現阻尼力，過渡過程是迅速衰減的瞬態振動；同系統的穩態響應相比較，這種瞬態振動在某些問題中是相對次要的，因而可以不與考慮。所討論的穩態動力學分析(SteadyState Dynamics)是指在簡諧激勵作用下的系統穩態響應。盡管穩態分析是針對諧振激勵，但是由于任意一個振動激勵我們都可以通過看作是頻域上若干簡諧激勵的疊加，因此穩態分析對于控制某個隨機的振動過程也非常重要。可以指導減振產品開發與優化。
在Abaqus中的三種穩態動力分析計算方法：Direct, modal，subspace。對于三種方法的適用性可以參考Abqus用戶手冊或者《Abaqus動力學有限元分析指南》。由于modal方法的計算量較小便于快速評估產品方案，因此這里主要介紹基于modal法穩態分析得到頻響曲線。
3. 模態阻尼
對于粘彈性材料來說，材料本身的耗能特性就與頻率相關；而由粘彈性材料與其他材料一起制作而成的構件在不同頻率（或者不同模態/陣型/mode shape））對應的耗能特性（阻尼）并不一樣，由此引入模態阻尼的概念。
展開 
淺談Abaqus穩態動力學分析的幾種方法
Abaqus穩態動力學分析包含以下三種方法：
直接穩態動力學分析（Steady-stats dynamics,Direct）
模態穩態動力學分析（Steady-stats dynamics,Modal）
子空間穩態動力學分析（Steady-stats dynamics,Subspace）
① 直接穩態動力學
在直接穩態動力學分析中，系統的穩態諧波響應是通過對模型的原始方程直接積分計算出來的。
當系統具有以下特征時，不能提取特征模態，則可用直接法進行穩態響應分析：
l存在非對稱剛度；
l包含模態阻尼以外的其他形式阻尼；
l必須考慮粘彈性材料特性（具有頻變特性）。
進行直接穩態動力學分析不需要提取系統的特征模態，而是在每個頻率點對整個模型進行復雜的積分運算。因此，對于具有大阻尼和頻變特性的模型，應用直接法求解比模態分析法精確，但耗時較多。
② 模態穩態動力學分析
模態穩態動力學分析方法是基于模態疊加法求解系統的穩態響應。在求解模態穩態響應之前必須先提取無阻尼的特征模態，通過變換使系統解藕，得到一組用模態坐標表示的單自由度運動方程。求解各個單自由度運動方程得到系統在模態坐標下的穩態響應后，通過變換最后獲得系統在物理坐標下的穩態響應。
模態穩態動力學分析具有以下特點：
l分析速度快，耗時最少（相比直接法和子空間法）；
l計算精度低于直接法和子空間法；
l不適于分析具有大阻尼特征的模型；
l不適于分析具有粘彈材料（頻變特性）的模型。
另外需要注意，使用基于模態的分析方法時，用戶必須確定需要保留的特征模態，以確保用這些模態能夠精確描述系統的動力學特征。
③ 子空間穩態動力學分析
與模態動力學分析不同，子空間穩態動力學分析是將運動方程投影到一組特征模態上再進行求解。
展開 Abaqus穩態動力學分析的幾種方法
Abaqus穩態動力學分析包含以下三種方法：
直接穩態動力學分析（Steady-stats dynamics,Direct）
模態穩態動力學分析（Steady-stats dynamics,Modal）
子空間穩態動力學分析（Steady-stats dynamics,Subspace）
① 直接穩態動力學
在直接穩態動力學分析中，系統的穩態諧波響應是通過對模型的原始方程直接積分計算出來的。
當系統具有以下特征時，不能提取特征模態，則可用直接法進行穩態響應分析：
l 存在非對稱剛度；
l 包含模態阻尼以外的其他形式阻尼；
l 必須考慮粘彈性材料特性（具有頻變特性）。
進行直接穩態動力學分析不需要提取系統的特征模態，而是在每個頻率點對整個模型進行復雜的積分運算。因此，對于具有大阻尼和頻變特性的模型，應用直接法求解比模態分析法精確，但耗時較多。
② 模態穩態動力學分析
模態穩態動力學分析方法是基于模態疊加法求解系統的穩態響應。在求解模態穩態響應之前必須先提取無阻尼的特征模態，通過變換使系統解藕，得到一組用模態坐標表示的單自由度運動方程。求解各個單自由度運動方程得到系統在模態坐標下的穩態響應后，通過變換最后獲得系統在物理坐標下的穩態響應。
模態穩態動力學分析具有以下特點：
l 分析速度快，耗時最少（相比直接法和子空間法）；
l 計算精度低于直接法和子空間法；
l 不適于分析具有大阻尼特征的模型；
l 不適于分析具有粘彈材料（頻變特性）的模型。
另外需要注意，使用基于模態的分析方法時，用戶必須確定需要保留的特征模態，以確保用這些模態能夠精確描述系統的動力學特征。
③ 子空間穩態動力學分析
與模態動力學分析不同，子空間穩態動力學分析是將運動方程投影到一組特征模態上再進行求解。
展開 電路板芯片的穩態與瞬態熱分析 ￥20
利用穩態熱分析和瞬態熱分析方法研究這些芯片所產生的熱量。
2 分析過程
2.1創建分析系統
建立一個與穩態分析相關聯的瞬態熱分析。啟動ANSYS Workbench，從工具箱中，將一個穩態熱系統分析拖到項目示意圖上。隨后將瞬態熱系統分析拖動到穩態熱系統分析處，使單元格2、3、4和6以紅色突出顯示。
釋放鼠標按鈕，完成穩態分析與瞬態分析的關聯。
2.2 導入幾何模型
在穩態熱分析示意圖中，右擊幾何Geometry，選擇Import Geometry。
2.3 網格劃分
設置特定的網格方法控制和網格大小來控制和確保良好的網格質量。
2.3.1 網格方法：
a．在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Method
b．在工具欄選中Edit> Select All來選擇全部實體
c．在明細欄，把Method設置成Hex Dominant,Free Face Mesh TypeAll Quad.
2.3.2 元件的網格劃分：
a．在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Sizing
b．首先用Body selection工具欄按鈕，然后按住Ctrl按鈕，單擊15個單獨的Body，選擇除board之外的所有Body。完成選擇主體后，單擊Details視圖中的Apply按鈕。
c．將Element Size從默認值更改為0.0009 m
2.3.3 板的網格劃分
a.在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Sizing
b.單獨選中板實體將Element Size從默認值更改為0.002m.
2.4 加載芯片的熱載荷
板上不斷通電的芯片產生的內熱載荷為5e7 W/m3。
用Body選擇的工具欄按鈕，單擊選擇如下所示的芯片。
展開 【仿真平臺性能測試】Fluent旋轉機械穩態分析
本期選取了CFD領域的典型場景，穩態仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于“神工坊”高性能工業仿真平臺”的CFD穩態計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網格
我們采用某品牌空調室外機作為穩態分析的仿真模型，如下圖所示，左側與后側的進口流域，以及前側的出口流域都考慮到計算中，并對空調內部結構簡化后進行網格劃分，最終網格單元數868萬，其中，風扇葉片的旋轉速度是850rpm。
求解設置
根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次穩態計算選擇了網格靜止不動的MRF旋轉坐標系法，計算迭代步數400步，相關設置如下。
仿真結果
迭代完成之后仿真云圖如下所示：
仿真平臺對比
我們進行Fluent旋轉機械穩態分析時,“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示：
計算過程中三個平臺的一些輸出日志如下圖所示：
本次仿真并行規模分別選取了16核、32核、64核、128核（受限于另外兩個平臺無法進行跨節點并行，并行規模無法進一步擴大），我們在“神工坊”平臺進行了256核等更大規模的并行計算，結果顯示計算用時會進一步縮短。
“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他幾家仿真云平臺的計算時間如下圖所示，其中，由于仿真云平臺2最高只能64核并行使用，故圖表中無仿真云平臺2并行規模為128核的結果。
可以發現，“神工坊”高性能工業仿真平臺在進行穩態仿真分析時，表現出了絕對的速度優勢。
展開 轉子動力學臨界轉速及穩態分析的理論背景
附件文檔提供了samcef中轉子動力學臨界轉速計算及穩態分析的理論背景，對于求解器計算時用到的不同算法也進行了簡要區分。 詳細見附件。
轉子動力學臨界轉速及穩態分析的理論背景.pdf
ANSYS workbench 3D打印頭穩態熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習3D打印頭三維模型的處理
2、學習穩態熱分析步的建立
3、學習穩態熱分析的邊界條件的施加
4、學習穩態熱分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 3D打印頭穩態熱分析。
本案例完整提供了分析相關的所有分析文件。
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展開 Abaqus穩態熱分析實例
首先創建2D、shell的幾何模型，其次是材料參數的設置，與靜力分析不同，熱傳導需要設置熱傳導系數，在Mechanical>Conductivity里輸入52。本例是穩態熱分析，因此只需要這一個參數，若為瞬態熱分析，則還需要比熱以及密度值。
其次進行分析步設置，這一步與靜力分析也有所不同，選擇Gerneal>Heat Transfer作為分析步。默認的為瞬態響應，這里選擇穩態分析，同靜力分析一樣，這里的時間1沒有真實含義，保持默認。增量步設置與靜力分析一樣。
邊界條件由默認的Mechanical改為Other，選擇溫度。選擇模型最下面的邊，這里定義為bottom集，給予100度的溫度。
下面設置模型與周圍空氣的對流。模型右面的邊（side）與上面的邊（top）與周圍環境發生熱交換，對流系數為750，Sink temperature為周圍環境的溫度，這里給0。
Mesh模塊中，需要將單元族改為Heat Transfer，確認使用的是DC2D4單元。至此，熱分析的設置已經完成。可以提交計算。在后處理中查詢右邊界從下網上0.2m處的溫度值為18.4151，與理論計算結果18.3相差不大。右圖為對模型網格加密的結果，顯示溫度值為18.29，接近理論解。
abaqus穩態傳熱分析實例.pdf
展開 
ANSYS workbench 芯片穩態散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習芯片的三維模型處理
2、學習芯片穩態散熱分析步的建立
3、學習芯片穩態散熱分析的載荷施加
4、學習芯片穩態散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片穩態散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
Moldex3D模流分析之多材質射出成型、熱流道穩態分析頁簽
?設定型芯偏移邊界條件：利用邊界條件頁簽的固定拘束精靈來設定型芯偏移分析的邊界條件。當設定完成后，位移邊界條件項目將會被勾選。
注: Core Shift 分析時，請確認Insert對象皆有實體網格，故不支持Auto-grid下考慮Mold Insert (但Part Insert則可以)。
而如果僅需要重點針對成型過程中帶給模具諸如壓力等影響來檢視，可以使用Sress Add-on 的 Mold Deformation 分析。
熱流道穩態分析頁簽 (Hot Runner Steady Tab)
用戶可在熱流道穩態標簽下來設定熱流道穩態分析的相關參數 (請參考進階分析(Advanced Analysis)下的進階熱澆道分析)
?進澆點流率 (Flow rate from inlet)：默認值是根據模型尺寸與成型參數，使用者可自行編輯。
?分析收斂精度 (Converge criteria for relative error)：默認值為1.00%，越高的數值代表越高的公差，計算精度同時也會下降但迭代次數較少。
?熱澆道澆口數量 (Number of hot runner gates)：此數值會從模型數據內自動讀取，這項是為了讓使用者確認熱流道數量無誤，因此不開放修改。
?熱澆道澆口壓力 (Pressure of hot runner gates)：此項是定義參照壓力，默認值為0 MPa，用戶可自行編輯每一支熱流道的壓力以逼近真實情況中不平衡的壓力分布。
展開 性能測試｜Fluent穩態分析——旋轉機械流場仿真對比實測
本期選取了CFD領域的典型場景，穩態仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于SimForge?高性能仿真云平臺的CFD穩態計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網格
我們采用某品牌空調室外機作為穩態分析的仿真模型，如下圖所示，左側與后側的進口流域，以及前側的出口流域都考慮到計算中，并對空調內部結構簡化后進行網格劃分，最終網格單元數868萬，其中，風扇葉片的旋轉速度是850rpm。
求解設置
根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次穩態計算選擇了網格靜止不動的MRF旋轉坐標系法，計算迭代步數400步，相關設置如下。
仿真結果
迭代完成之后仿真云圖如下所示：
仿真平臺對比
我們進行Fluent旋轉機械穩態分析時,“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示：
計算過程中三個平臺的一些輸出日志如下圖所示：
本次仿真并行規模分別選取了16核、32核、64核、128核（受限于另外兩個平臺無法進行跨節點并行，并行規模無法進一步擴大），我們在SimForge?平臺進行了256核等更大規模的并行計算，結果顯示計算用時會進一步縮短。SimForge?高性能仿真云平臺與其他幾家仿真云平臺的計算時間如下圖所示，其中，由于仿真云平臺2最高只能64核并行使用，故圖表中無仿真云平臺2并行規模為128核的結果。
可以發現，SimForge?高性能工業仿真平臺在進行穩態仿真分析時，表現出了絕對的速度優勢。
展開 ANSYS workbench杯子穩態散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習杯子的三維模型處理
2、學習杯子穩態散熱分析步的建立
3、學習杯子穩態散熱分析的載荷施加
4、學習杯子穩態散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 杯子穩態散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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