熱力耦合及溫度場的案例
ABAQUS構件熱力耦合分析
<p><strong>建模問題：</strong></p><p>1、本構的計算（熱工參數、高溫下、高溫后鋼筋和混凝土）</p><p>2、順序熱力耦合方法（溫度場、熱力分析）</p><p>3、火災下和火災后的不同之處</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202006/44912a99e27e439ab4e68a657a11c465.jpg" alt="000.jpg"></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202006/997ad5d68f5a465e865f964e5a8c41fa.jpg" alt="2222.jpg"></p><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202006/15fbec100e1349c28c6d62106d3662d6.png" title="111.png" alt="111.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com
展開 ?ANSYS、Ls-dyna小球摩擦考慮溫度劣化熱力耦合 ￥50
ANSYS中可采用熱力耦合算法來綜合考慮溫度及荷載對材料的損失演化規律。對于顯式動力分析中，可通過CONTROL_THERMAL_NONLINEAR、CONTROL_THERMAL_SOLVER、CONTROL_THERMAL_TIMESTEP來調用熱分析步，同時在材料中需要額外定義考慮溫度劣化的材料本構。
基于此，建立了小球摩擦生熱案例，在該模型中考慮了溫度劣化及材料摩擦痕跡，隨著循環摩擦次數的增加，溫度總體呈現出上升趨勢。
非晶含能破片沖擊釋能溫度變化釋能仿真/LS-DYNA/FEM-SPH-熱力耦合 ￥180
關于非晶破片沖擊釋能的研究較少，因此簡單介紹非晶破片沖擊釋能溫度變化原理，理解仿真思路。
初始正文
仿真模擬破片為鋯基非晶破片，與金屬聚合物類破片釋能的反應原理不同，非晶破片主要由高溫的碎片與空氣發生金屬氧化反應釋放能量，無氣態產物生產，其超壓毀傷主要來自空氣吸熱膨脹導致。
一般評價測量含能破片沖擊釋能的方法為VCC（Vented Chamber Calorimetry）法，裝置如圖1，主要利用準靜態超壓峰值評價含能破片沖擊釋能大小，帖子作者認為該法適合用于生成氣體較多的破片如Al/PTFE。
圖1 VCC準靜態腔室量熱法
而非晶破片的超壓毀傷直接受高溫影響，利用溫度峰值評估非晶破片沖擊釋能更有說服力。借鑒VCC法，利用熱電偶替換壓力傳感器，測量容器內溫度。以此衡量非晶含能破片(生產氣體較少近乎無)的毀傷能力。改進測試裝置如圖2所示，裝置尺寸如圖3所示。
圖2 沖擊釋能測溫
圖3 容器尺寸
試驗結果：在相同時間內，靠近壁面的溫度較低，而空腔溫度較高，說明短時間內碎片向壁面傳熱較少可以認為絕熱。數據來源：論文《非晶合金沖擊釋能的溫度表征研究》
展開 金屬材料鉆削制孔熱力耦合仿真應力及溫度分布效果圖
金屬材料鉆削制孔熱力耦合仿真應力及溫度分布效果圖
COMSOL凍土水熱力場耦合建模 ￥100
本案例建立成二維軸對稱模型，物理場采用兩個PDE模塊，分別表示水分場和溫度場，一個固體力學模塊，表示應力場。求解器在求解水熱耦合問題中采用瞬態求解器，步長為1h，總時長48h；在求解應力問題中，采用穩態求解器。通過本案例可以學習掌握凍土水熱力三場耦合模型，詳細案例和文檔說明附后。
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬
凍融作用在自然界中普遍存在如自然環境科學中滲流與溫度的相互作用會影響到滲流場和溫度場的分布從而影響生物的生存環境。高寒地區工程的凍融破壞作用例如路基凍脹穩定問題寒區隧道的凍脹破壞等這些都是滲流和溫度的耦合問題。為了揭示凍融作用下滲流場和溫度場的變化規律建立了描述滲流場及溫度場耦合的偏微分方程其中滲流方程中考慮了溫度作用引起的介質滲透特性的變化和水量變化及溫度梯度對滲流的影響。在溫度方程中考慮了相變對介質熱物理參數的影響及水流動引起的對流作用影響。然后利用多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics成功的求解該方程組通過算例與Lunardini的解析解進行了對比驗證數學模型的合理性。最后通過一個凍結壁算例計算了在水流和熱傳導作用下的凍融情況和溫度場的變化規律。結果表明溫度場對滲流場分布有一定的影響同樣滲流對凍融作用的影響顯著在凍融和滲流的作用下溫度場發生了明顯的變化。
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬.pdf
展開 ABAQUS熱力耦合相場斷裂模型 ￥300
采用ABAQUS軟件通過UEL子程序進行了二維熱力耦合相場斷裂模型的求解，采用了能量分解（譜分解和球-偏分解），附件包括CAE模型（22版本）、INP文件和子程序
軌道電磁炮技術的多場耦合仿真----電熱 結構 溫度耦合
電流密度移動過程
局部電流密度
5.3發熱功率密度
根據以上的電流密度結果可以獲取相應的導體的發熱功率，結果如圖所示，根據結果可以看到，導軌部分電流均勻，發熱功率也較為均勻.而炮彈的后側導體部分由于橫截面積較小，發熱功率較大，相應的根據電流密度在其拐角處電流密度也較大.
5.4溫度結果
根據以上的邊界條件，考慮電流發熱、摩擦生熱、高溫熱傳導和位移等結果，獲取相應的溫度結果如下圖所示，根據局部發達圖可以看到，最高溫度發生在炮彈的后方和導軌的接觸位置，由于該位置是電流集中，熱量集中，摩擦生熱集中的位置，而導軌又是可以相對位置變化的，而炮彈是持續加熱的，故該位置溫度最大
溫度隨時間變化的過程
局部放大圖
5.總結
在ANSYS中可以采用以上方法計算電磁力獲取相應的動力學特性，再根據直接耦合方法獲取相應的溫度場分布，獲取動態效果，查看溫度的傳遞運動過程。
該方法可以較好的展示移動熱源或恒定溫度沿著另一物體移動，電流接觸是變化的移動過程，查看這幾種場的耦合分析效果。
作者：大龍貓-范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS)
碩士，從事電氣行業耦合場仿真，個人微信號 fwz0703 ，
主要應用為ANSYS Workbench界面下的各個模塊的使用，包括靜力學分析，動力學分析，電磁場分析, 溫度場分析，以及電磁-熱-結構-流體 耦合場分析等；主要涉及到的仿真為電氣或汽車等通用零產品的分析計算，包括剛度，熱應力，電磁力，拓撲優化等
主要使用軟件：ANSYS Workbench，Emag，Maxwell，Fluent，CFX， DM，Ls-dyna等
專注于仿真分析，歡迎大家共同討論學習，如有問題請回復郵件 fwz0703@163.com。
展開 BGA封裝焊點動靜力學與溫度場耦合仿真分析 ￥9.9
單元類型的選擇
結合本章節仿真條件，并為后續的熱應力仿真作鋪墊，穩態溫度場模擬選用C3D8R三維熱實體單元。該單元既能實現勻速熱傳遞，也可用于瞬態熱分析。單元類型選擇如下圖所示。
圖2-1 單元類型的選擇
2. 劃分網格
(a) PCB電路板 (b) 芯片
(c) 焊球 (d) 環氧樹脂
圖2-2 有限元模型網格劃分
同時考慮計算精度和速度，在對BGA封裝模型劃分網格時，我們使用映射網格的方法。如圖2-5所示。其中圖(a)為PCB電路板網格劃分示意圖，共有4342個單元，6642個節點；圖(b)為芯片網格劃分示意圖，共有1725個單元，2770個節點；圖(c)為焊球網格劃分示意圖，共有46個單元，298個節點；圖(d)為環氧樹脂網格劃分示意圖，共有7個單元，24個節點。
3. 接觸設置
在邊界條件設置中，芯片與底板通過焊點連接，設置焊點兩側分別與與芯片、底板綁定接觸，環氧樹脂采用粘結單元（cohesive單元）設置。
4. 邊界條件設置
按照實際情況在PCB板模型中設有8個安裝孔，施加相應預緊力矩模擬真實安裝情況。為了模擬PCB板翹曲帶來的影響，模擬弓曲惡劣情況，在中間兩個孔中（2、6）施加了與翹曲方向相反的位移邊界條件，如下圖所示。
圖2-3 DSP器件建模布局和翹曲模擬示意圖
建模示意圖和實物圖如下圖所示。
展開 退火銅晶粒生長模型（熱力耦合），用于TSV、TGV填充晶粒演化（相場模擬） ￥99
結合電子背散射衍射（EBSD）實驗與耦合熱–力的多晶相場模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過程中的晶粒演化行為及其對可靠性的影響;基于相場方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應納入描述框架，從而在數值模擬中再現 TXV-Cu 的微觀組織演變過程。該模型不僅能夠為實驗觀察提供理論支撐，還可進一步用于預測不同工藝參數下 TXV-Cu 的組織演化規律，為優化工藝與提升器件可靠性提供指導。
abaqus順序熱力耦合odb文件提取溫度數據加入后提示錯誤，求大佬解答
***ERROR: System Error in Opening DDB file. Please report the problem to your
local office.
THE PROGRAM HAS DISCOVERED 1 FATAL ERRORS
** EXECUTION IS TERMINATED **
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。
展開 軸流式血泵熱流耦合 溫度場仿真
2.血泵熱流耦合溫度場仿真
血泵各部分與血液的接觸面存在對流換熱，考慮到兩者的耦合關系，流體仿真時需要把固體以及固體熱源加入到流體仿真軟件中，從而將血液與血泵的對流換熱數值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現血泵三維溫度場的仿真求解分析。
血泵三維整體模型分為兩個部分，一個是驅動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉子以及定子外殼；另一個是血液流動區域：包括前后導輪及其導葉、旋轉葉輪、軸承以及泵殼。血泵結構如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結構
利用商用流體仿真軟件進行相關邊界條件的設定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉速以及對流換熱系數等，其中血泵各部分的材料特性參數如表1所示。各部分熱源的生熱率通過商用熱仿真軟件計算，并與流體仿真模塊進行耦合。
展開 Comsol開關柜溫度-濕度-流場耦合計算
因此研究開關柜溫度-濕度-流場特性顯得尤為重要。
Ps:因不法商家瘋狂盜取本公眾號截圖，對工作室造成了不良影響，因此文章選圖皆做水印處理，為此給大家帶來不便敬請諒解。
2. 物理模型
據實體 CAD 設計圖紙，選擇直接在Comsol自帶的建模軟件繪制開關柜三維模型，開關柜內部結構模型如圖 2所示。
模型中各部分結構材料均可在材料庫中直接添加使用。仿真計算還需設置材料密度、恒壓熱容、導熱系數和動力粘度等參數，為了計算結果的準確性，以上參數均從相關資料以現有實驗數據中獲得，如圖3所示。
圖2. 計算模型
圖3. 材料參數設置
3. 物理場邊界條件
溫度場和流體場仿真需要設置相應的邊界條件，其中溫度場需要設置濕空氣、流入邊界溫度、流出邊界、熱源、熱通量以及輻射散熱邊界，流場設置入口和出口邊界，溫度場和流場之間的耦合關系為非等溫流。詳細物理場邊界條件及場路耦合模型設置如圖4所示。
圖4. 物理場邊界條件
網格剖分質量是影響計算過程收斂性和計算結果準確性的關鍵因素，網格剖分質量越高，計算結果的準確性也越高，但過于精細的剖分單元對計算機的要求越苛刻，因此，在仿真計算中對流體邊界進行網格加密，其他部分在保持計算結果準確性的前提下，選擇適當的剖分精度。網格剖分分布如圖5所示。
圖5. 計算模型網格和質量分布圖
4. 結果展示
模型采用穩態分離式求解器進行求解，通過計算得到開關柜溫度、濕度、速度和壓力等結果分布如下所示。
圖6. 溫度分布
圖7. 濕度分布
圖8. 速度場分布
圖9. 流線分布
圖10.
展開 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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