熱瞬態仿真的案例
Workbench瞬態熱應力仿真
Workbench除了做穩態熱應力變形，還可以做瞬態熱應力變形。熱雙金有兩個熱膨脹系數不同的金屬組成，熱膨脹系數越大，其為主動層，帶動被動層受熱彎曲。
通過workbench瞬態熱模塊和瞬態結構模塊可模擬該類情景。若考慮空氣對流對熱雙金表面溫度分布的影響，可使用Fluent與瞬態結構模塊進行熱應力仿真。Workbench仿真搭建流程如下所示，
現假設兩個熱雙金體功耗不同，主動層更大，在Fluent計算熱雙金瞬態溫度分布；接著將結果導入到瞬態結構模塊；最后設置約束，這樣搭建完整的瞬態熱應力仿真操作流程。
1-120s的仿真結果如下圖所示
僅為演示，提供一定參考意義。
展開 基于Icepak對儲能電池pack的瞬態熱仿真案例 ￥20
<p> 對于儲能電池pack在充放電過程中，電芯發熱量不是恒定功率，且在不同SOC下發熱功率有較大差異，故基于基于Icepak進行瞬態熱仿真求解，分析出在不同時刻電芯的熱特性，是一種更準確有效的熱仿真評估方案。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202401/imgs/660757871fe54afaa497dcebef3cb8ee.png"></p>
展開 Comsol 穩態和瞬態的熱性能仿真
一、模型搭建
新建→模型向導→選擇三維； 選擇物理場：傳熱→固體傳熱，按增加→研究，選擇研究：預置研究→穩態→完成；
導入相應的二維或三維模型，或者直接在 COMSOL 里自建幾何模型；導入：頂部工具欄：導入，選中幾何 1→選擇單位→導入，最后形成聯合體→全部構建；
可在右側框內搜索要添加的材料，然后“增加到選擇”；或者添加空材料，去選擇一個域，然后材料屬性目錄下會出現做該仿真必要的參數，輸入參數即可；材料分配及屬性如下。
第一種材料：
第二種材料：
第三種材料：
二、施加載荷
點擊初始值 1：溫度默認單位 K，可修改為℃； 熱絕緣 1：默認選擇所有邊界； 右鍵“固體傳熱”，添加溫度，邊界選擇輸入載荷的區域；
左側溫度
右側溫度
上下兩側熱絕緣
三、穩態計算
點擊“研究”開始計算，仿真完成后，結果下面自動出現“溫度”；點擊溫度→體，出現仿真結果圖；可通過派生值→全局計算，計算自己所需要的值。
四、瞬態計算
右側任務欄：預置研究→瞬態； 研究 2 →步驟 1：研究設定； 時間單位：可設置為 s；時間：設置仿真時間范圍及步長；
仿真完成后，結果下面自動出現 “溫度”； 點擊溫度→表面。出現仿真結果圖。可看到溫升變化，和穩態保持一致； 派生值，右鍵，“體最大值”，會在仿真圖下方出現“表格 2”，自動將時間和溫度的對應變化列出來；
中間區域隨時間溫升情況
有問題聯系：
展開 【熱仿真】穩態和瞬態計算方法 ￥20
序號
符號
示意
Card image
示意
數值
單位
1
E
Young’s modulus
MAT1
楊氏模量
210000
MPa
2
NU
Poisson’s ratio
泊松比
0.3
/
3
RHO
Material density
密度
7.85*10^-9
t/mm^3
4
A
Thermal expansion coefficient
線膨脹系數
1*10^-5
/℃
5
K
Thermal conductivity
MAT4
導熱系數
73
mW/(mm·℃)
6
H
Heat transfer coefficient
傳熱系數
0.040
mW/(mm^2·℃)
展開 
fcBGA-H封裝瞬態熱特性 仿真&測試（一）
隨著功能要求的提高，功率和熱流密度越來越大。因此，對于高功率倒裝芯片，客戶在不斷的推進TIM（熱界面材料）的低熱阻化。
TIMs（Thermal Interface Materials）是用于提高固體接觸面之間傳熱性能的導熱材料。比如CPUs和散熱器之間，若出現微小間隙，由于空氣導熱性能極差，整個散熱效率就會嚴重降低。因此，TIM的熱特性對于散熱方案的可靠性是至關重要的，尤其是發熱部位的最高溫度（結溫Tj），散熱片上表面溫度（殼溫Tc），和上述兩點之間的熱阻。測殼溫Tc的傳統方法是，在散熱片中心放置一個熱電偶。該方法的一個最大問題是只能用散熱片中心位置的溫度來表征殼溫。但是在實際應用中，最高溫度的位置我們通常不確定，尤其是當給結區加載非均勻熱載荷（non-uniform power）的時候。
本文主要討論的是：
a. 描述如何使用不借助熱電偶的瞬態測試設備測試fcBGA封裝器件（由STATS ChipPAC制造）的TIM熱特性，尤其是結殼熱阻Rjc；
b. 描述如何測試在風扇不同轉速下（模擬真實工況）封裝器件的Rja（結到環境的熱阻）；
c. 闡明功率脈普對結構函數的影響；
d. 描述如何通過仿真生成一個仿真結構函數，再用測試結構函數來修正仿真結構函數，最后用修正后的結構函數生成熱阻網絡模型，應用于系統級產品中；
e. 明確并改進更好的仿真和測試方法。
2. 封裝器件和熱測試裝置的結構
STATS ChipPAC內部搭建了一個flip-chip測試裝置（test vehicle），專門用于評估TIM的熱特性，其結構如圖1所示。
展開 某地鐵能量回收系統IGBT模塊熱瞬態響應仿真分析
熱瞬態數值模擬的要點：首先功率器件內部的分布和分立器件的各自的瞬態熱耗函數必須確定，其次定義仿真域和瞬態熱響應的時間周期，最后就是網格的劃分和運行計算了，以上就關鍵結果輸出供大家參考，有疑問可留言。
「CFD案例-Fluent」23 固體圓柱自然對流換熱二維瞬態分析
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進行固體圓柱自然對流換熱二維瞬態CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導入ANSYS Mesh進行網格劃分，并進行命名邊界條件，然后利用Fluent進行求解，最后在CFD-POST中進行后處理。案例基于2D、瞬態求解。
一
案例模型
二
Workbench設置
▼ 將Fluid Flow(Fluent)拖入右邊空白界面。
▼ 以DesignModeler方式打開Geometry。
模型建立完畢，轉入ANSYS Mesh，網格劃分。
三
Fluent設置
▼ 打開Fluent登錄界面進行設置。
展開 2018 ANSYS名人堂2018學術類一等獎展示
針對具體患者的幾何3D流量數據的圖像處理與CFD仿真相結合，能夠為臨床醫生提供關于升主動脈瘤形成的額外血液動力學信息。
問題：
由于一些原因（包括操作人員相關性和圖像形態等），臨床實踐中很難了解動脈瘤的生長情況。此外，執行3D PC-MRI測試可提供隆起形成過程中的血液動力學變化數據，但這種方法的成本很高。
解決方案：
FTGM利用統計學方式分析得到的真實臨床數據執行CFD仿真，以提供隆起形成與擴大過程的逼真虛擬圖像。仿真將RBF Morph工具集成到整個ANSYS工作流程中，以獲得想要的目標幾何結構和CFD結果。
使用軟件：
ANSYS Fluent
RBF Morph
盧塞恩應用科學與藝術大學
滑雪板是一種通過熱壓工藝并且利用粘合劑粘合的準對稱多層復合材料結構。粘合劑固化過程使滑雪板成型并具有相應剛度，從而決定滑雪板的物理特性和質量。研究人員利用ANSYS Mechanical執行熱壓過程的熱瞬態仿真，以分析熱和壓力對滑雪板最終形狀和性能的影響。
滑雪板制造過程的熱-力耦合仿真
問題：
作為與St?ckli Swiss Sports AG合作開展的研究項目，盧塞恩應用科學與藝術大學研發了一個虛擬滑雪板模型。目標是通過FEM仿真模擬整個熱壓過程。滑雪板是用粘合劑粘合的準對稱多層復合材料結構。粘合劑固化依靠高溫和壓力，因此滑雪板要經過熱壓。這個生產步驟使滑雪板成型并具有剛度，因此能決定滑雪板的特性和質量。在對整個過程的仿真中，正確仿真固化過程是重點部分。因此，初步工作的重點在于粘合劑固化行為的仿真以及固化接觸模型的研發。
解決方案：
熱壓過程的仿真包含三個步驟，全部在ANSYS Mechanical中執行。滑雪板的熱-瞬態仿真可生成非平穩溫度場，包括周圍的壓床。
展開 一分鐘了解穩態熱分析&瞬態熱分析
4）網格劃分
低階熱傳導桿單元（DC1D2），劃分40個單元。
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 ansys18.2焊接過程分析瞬態熱分析熱應力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動熱源通過插件實現
基于HyperWorks的瞬態熱-固耦合分析 ￥20
五、文章小結
本次仿真主要介紹了瞬態熱—固耦合的仿真方法，選取簡單的彎管模型進行端面施加熱源，分析了①結構導熱②結構空氣對流③受熱力影響下的結構變形，這三個部分基本上包括了HyperWorks的所有熱力學分析方法，讀者可以進行任意的組合摘取來分析自己的模型。相信掌握了以上分析方法，用HyperWorks進行熱力學分析將手到擒來。
ANSYS workbench 芯片瞬態熱分析 ￥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
你會得到什么：
1、學習芯片的三維模型處理
2、學習芯片瞬態熱分析步的建立
3、學習芯片瞬態熱分析的載荷施加
4、學習芯片瞬態熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片瞬態熱分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
仿真技術與芯片并行，探討其不同部分的熱傳輸以及散熱效果
在芯片設計過程中，仿真驗證是十分重要的一個環節，以確保芯片在進入生產環節前能夠符合預期設計性能要求。而其中芯片的熱傳輸和散熱性能是至關重要的一點。
芯片散熱模擬
大多數功率半導體器件的結構都非常相似。這是一個熱模型示例，其中包含芯片、引腳、銅片等分立建模元件。
詳細熱模型（左下）和詳細芯片結構（右）
芯片的整體厚度為240 μm。這可以分成兩部分：芯片體，可以導熱但不散熱；較薄的芯片結點，可以導熱，并且當器件傳導電流時幫助芯片散熱。在芯片頂部，有5 μm的鋁層。這種芯片細節水平對于分析器件瞬態散熱非常重要。
由于芯片的非統一特性，工程師們無法立即了解芯片節點散熱時器件內部的熱量的流動情況，或者器件的熱量隨時間上升的情況。然而通過模擬，可以給這些效果建模分析。
工程師們通過執行多個持續時間不同的瞬態熱仿真，并觀察溫度上升和芯片內的熱傳輸。
所有示例的起始溫度都是20 °C，仿真持續時間為1 μs、10 μs、100 μs和1 ms。芯片結點功耗均為1500 W，記錄芯片結點中心位置的溫度。
1 μs、10 μs、100 μs和1 ms后的溫度分布圖
仿真結果
1 μs后，溫度增加幅度很低。盡管芯片結點的功耗可能很高，但設備內的總能耗仍然只有1.5 mW。
100 μs后，大約只有一半芯片厚度仍然保持起始溫度，且溫度相對較低，只有60.5 ℃。
1ms時，熱量開始向銅片頂部傳輸，且溫度接近器件的最高限值175 ℃。
進一步觀察，可以看到1ms之后，總熱量中只有不到1%通過銅片底部散出，甚至比通過器件周圍塑料部件傳輸的熱量還少。
芯片在1ms的持續時間內，大部分熱傳輸和溫度變化都會發生在器件內部，這時候散熱器對芯片的熱傳導是沒有任何效果的。
展開 超導開關瞬態熱分析 ￥50
使用瞬態熱分析來計算20s內電加熱絲加熱及之后冷卻的溫度變化。
瞬態熱應力分析例子
定義HTbound1為第一個熱輻射場
SF,HTbound2,RDSF,0.9,2 ！定義HTbound2為第二個熱輻射場
SF,HTbound3,RDSF,0.9,3 ！定義HTbound3為第三個熱輻射場
SPCTEMP,1,Temp ！定義第一個熱輻射場的環境溫度
SPCTEMP,1,Temp ！定義第二個熱輻射場的環境溫度
SPCTEMP,1,Temp ！定義第三個熱輻射場的環境溫度
SOLVE ！求解
*ENDDO
FINISH
/POST1
PLNSOL,TEMP,,0,
FINISH
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！結構分析
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/PREP7
/TITLE,Part 2: structural analysis
ET,1,SOLID45,1,1 ！對應于SOLID70的結構單元
！為SOLID45
ET,2,BEAM188 ！單元類型2
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！定義結構分析材料特性
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fy=275E+6 ！常溫下屈服應力
exx=2.1E+11 ！常溫下楊氏模量
MPTEMP ！
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