熱——位移耦合的案例
Abaqus熱流固耦合——一維熱固結問題
當土壤承受負荷和溫度變化時，必須解決一個描述變形，孔隙流體流動和通過土壤傳熱的方程組耦合問題，以準確預測固結行為。在這個問題中，說明了Abaqus / Standard對一維熱固結建模的能力。研究了一維全飽和土在恒定表面載荷和恒定表面溫度下的固結行為，并將所得結果與Aboustit等人的結果進行了比較。 （1985）。
問題描述
該問題可以視為與1.15.1節“ Terzaghi固結問題”的熱學對應。該部分中的討論同樣適用于此問題，此處不再贅述。圖1.15.6-1顯示了線性彈性土柱在恒定表面壓力和恒定表面溫度下的一維熱彈性固結。該列高7個單位，寬2個單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動的頂表面外，土體的所有側面均不可滲透。頂表面承受1單位的恒定壓力和50單位的恒定溫度。假定土壤已完全飽和。重力被忽略了。 Aboustit等人報道的材料性能。 （1985）被使用。土壤是彈性的，模量為6000單位，泊松比為0.4。土壤的滲透率為4×10-6單位，比重為1單位。由于Aboustit等。 （1985年）只使用了一組熱性質，對于固體和孔隙流體使用相同的熱性質。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導率為0.2單位，熱膨脹系數為0.3×10-6。
One-dimensional thermal consolidation model.
限制了所有垂直于側面的位移以強制執行一維行為。固結分析使用具有自動時間步長的瞬態土固結步驟進行。此問題的時間步進由兩個參數控制：一個參數控制溫度場時間積分的準確性，另一個參數控制孔隙流體流時間積分的準確性。孔隙流體溶液的穩定性極限為
它規定了最小時間增量。該方程式中使用的變量在《 Abaqus Analysis用戶指南》第6.8.1節“耦合的孔隙流體擴散和應力分析”中定義。
展開 技術介紹|芯片上熱互連熱耦合——用于進行溫度感知EM評估
芯片級功耗分析工具，如Ansys、RedHawk或Totem生成芯片熱模型(CTM)，該模型以精細的網格功耗圖表示設備加熱的影響。Ansys Sentinel-TI是一個有限元工具，用于模擬和求解集成電路封裝（如3D-IC）中芯片的熱分布。該模型使用CTM功率以及來自板級CPS分析的系統熱邊界條件，或使用Ansys Icepak的系統級熱分析，這是一種使用計算流體動力學（CFD）仿真的系統級熱求解方法。CTM包含芯片的總功耗。這包括與溫度相關的設備漏電功耗和內部連接層金屬分布數據。
盡管芯片內部連接層中導線的自加熱只占總功耗的一小部分，但當技術擴展到16/14nm及以下時，導線上的電流密度和電阻都會增加，導致局部自加熱和溫度顯著上升。芯片上的導線段數以百萬計，因此很難使用場求解器（如FEM或CFD）求解自加熱問題。RedHawk和Totem使用了一種新穎有效的方法來計算導線的溫升以及熱耦合效應。為了精確進行EM分析，將CTM流的基礎溫度與導線上的溫升結合在一起，利用包含導線自加熱和熱耦合的新方法來進行計算。
圖2：設備和導線上的自熱引起的熱耦合
設備和導線上的自加熱引起的熱耦合如圖2所示。利用通用有限元分析工具Ansys Mechanical對埋在介質中的每根導線后端(BEOL)自加熱(T)的增加進行預演。預演過程考慮了幾何和物理因素。這些因素包括電流、導線的電阻和幾何形狀、電介質層的厚度、電介質的位置和熱導率以及附近金屬的含量。介質中的溫度衰減行為是計算導線間熱耦合的關鍵。有了T和溫度衰減特性，利用線性疊加法就可以方便有效地計算導線間的熱耦合。
圖3：CPS環境中的3D-IC封裝（右）和CFD的熱邊界條件（左）
使用Icepak生成的邊界條件對3D-IC進行CPS熱仿真的結果如圖3所示。
展開 PFC熱固耦合——深埋巖石傳熱
PFC提供了兩個耦合方法，一個是流固耦合，一個是熱固耦合。熱固耦合有兩個概念：一個是傳熱、一個是熱脹冷縮，前者決定了固體對熱力場的影響，后者是熱力對固體的影響。
熱力學參數有三個：熱膨脹系數- thexp 熱阻 - thres 比熱容 - sheat。第一個反應的是固體由于溫度改變引起的熱脹冷縮，第二個和第三個反應的是固體間的傳熱。
這里提供一個簡單的算例反應一下深埋巖石的傳熱，這個現象也比較多，比如火山附近的巖石都會有這種邊值問題。
首先形成一個巖石，成樣、預壓和加膠結，這里不再贅述了。后面進入熱力學部分，保持圍壓不關閉。
展開 『分享』熱——結構耦合教程
共兩個壓縮包歡迎交流
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本田——為什么熱管理 CFD 需要全耦合共軛傳熱仿真
圖 3：散熱器和冷凝器前面的反向旋轉風扇
結果
完全耦合的 CHT 仿真在空氣動力學性能和熱管理預測方面都提供了高度逼真的結果。
圖 4 顯示了汽車的外部空氣動力學，顯示了汽車周圍的壓力分布和流線。車輪前的壓力分布清楚地顯示了車底流動的復雜性，這對車身底部的熱預測有很強的影響，這也是這里采用全耦合 CHT 仿真的原因。
圖 4：汽車前部的靜壓分布和外部空氣動力學視圖
圖 5 清楚地表明，發動機和消聲器表面的溫度和熱通量都不是恒定的。如果沒有同時捕獲共軛傳熱效應的耦合 CFD 仿真，則絕對無法對發動機和排氣系統中的熱相互作用進行準確建模。
圖 5a：發動機表面溫度
圖 5b：發動機周圍的水平剖切面
如圖 6 和圖 7 所示，較大的溫差會導致強烈的輻射傳熱。要在此處實現準確的熱預測，需要將共軛傳熱與輻射模型直接耦合。
圖 6：排氣管的溫度
圖 7：排氣系統的靜態溫度和車身底部的流動結構
展開 Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結
雖然這個問題說明了埋在土壤中的熱源的物理問題的耦合性質，但是耦合性質相對較弱。因此，雖然孔隙流體流場主要由孔隙流體和孔隙的相對熱體積膨脹驅動，因此直接取決于溫度場，但是熱傳遞問題對孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對流傳熱來實現更強的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導率對空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當前問題中忽略了這些影響。
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