熱力耦合分析的案例
abaqus電池包熱力耦合分析（附CAE模型及分析流程） ￥88
電池包熱力耦合分析
本例展示基于熱-結構耦合的熱力耦合分析。
1 問題設定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。對模型進行適當簡化，保留主體電芯和 PC 部分，約束電池組底部 Z 方向，電芯部分給定生熱源，電池組外表面給定自然對流散熱 邊界條件，模擬電池組溫度變化和應力變化。 由于需要進行實時熱力耦合分析，因此電池，PC 材料等采用實體建模，設定相關的 coupling 耦合單元和 tie 約束，建立電芯和 PC 材料之間的接觸關系（包括熱接觸）。
2 分析過程 一般來說，針對熱力學問題，通常有順序耦合和完全耦合兩種方法。順序耦合是先進行 熱傳導分析，得到溫度分布結果，然后把溫度分布結果映射到結構分析模型上。 完全耦合 則是直接在 abaqus 中直接給建立的 coupled temp-displacement 分析步，完全實時同步計算 溫度變化和應力變化，并可考慮溫度和結構變形之間的互相影響。
2.1 有限元計算
2.1.1 幾何處理 在 CAD 軟件中進行簡單處理后，導入 Abaqus 中，需要對零件進行幾何清理和修復，刪 除不必要的細節特征。
2.1.2 賦予材料屬性 根據不同材料電池，PC 等賦予相應的材料參數，注意因為這里需要進行完全熱力耦合分析， 因此材料參數必須同時具有力學參數和熱學參數，包括：密度，彈性模量，泊松比，塑性曲 線，熱膨脹系數，熱導率，比熱等， 如下圖所示：
2.1.3 模型裝配 在 Abaqus 中裝配的模型，通在 CAD 軟件中裝配位置關系完全一致。如果在 CAD 軟件中 已經裝配即可。
展開 熱力耦合分析—記住這些要點，可少走一些彎路！
熱力耦合分析—記住這些要點，可少走一些彎路！
熱力耦合—顧名思義，就是熱溫度場和結構靜力的耦合分析。除靜力分析和疲勞分析以外，熱力耦合分析也是壓力容器分析設計中經常會遇到的一種分析形式，比如固定管板換熱器管板的計算，如果管殼程溫差相差較大的時候，就不能忽視溫差作用導致管殼程熱膨脹量不同造成的溫差應力對管板、換熱管、管板與管箱或殼程筒體處變形協調的影響，且往往需要考慮6種計算工況：殼程壓力單獨作用；管程壓力單獨作用；管殼程壓力同時作用；殼程壓力單獨作用及熱膨脹差的影響；管程壓力單獨作用及熱膨脹差的影響；管殼程壓力同時作用及熱膨脹差的影響。對于常規的換熱器，那么SW6就可完全搞定，但有時候不免遇到超出151標準適用范圍的非常規換熱器，這時候就只能通過ANSYS進行分析計算了。故以一臺非常規換熱器的分析設計為案例，簡介一下熱力耦合分析在Ansys workbench中求解注意要點。
【要點1】：既然是做熱力耦合分析，那么首先要對熱力學的三大傳熱方式（熱傳導、熱對流、熱輻射）進行一定的了解，其實也不需要對傳熱學有多深的了解，但是對這三大傳熱方式的基本定義和傳熱方程的了解則是必要的：一是起碼做分析的人得知道導熱系數、對流傳熱系數是如何得來的；二是有助于對溫度場計算結果的準確性判定，只有保證溫度場計算的準確性，才能進一步進行熱力耦合分析和保證后續計算的準確性。這個就需要靜下心來好好看看書本了。
展開 ABAQUS案例-材料切削分析及切削過程中的熱力耦合分析 ￥3
本案例（附件中inp文件）介紹了ABAQUS中的材料切削分析。由于材料在切削過程中不僅會受到切削作用力，還會因切削過程中產生的熱量而受到熱作用力，因而涉及到熱力耦合分析。本案例介紹了如何在ABAQUS中實現切削金屬材料所帶來的熱量或溫度變化，以及實現在切削作用下的熱力耦合分析。
ABAQUS順序熱力耦合分析實例
7、 到此，熱分析的設置已經完成，可以提交計算，完成后，查看變量NT11即為節點溫度。
8、 接下來，在之前熱傳導的基礎上，進行熱應力分析。在模型樹中右鍵剛才的Model-1，copy，接下來的設置都在copy的新模型中進行相應的修改。9、 熱應力分析中，考慮到受熱膨脹，結構變形對應力的影響，因此需要設置膨脹系數，在材料屬性中添加Expansion，大小為1.62E-5。
10、把step有熱傳導分析步改為熱力耦合分析步。
11、 BC，熱力耦合需要重新考慮剛體位移的影響，選擇上下邊界的邊界，同時保持前一設置的溫度邊界不變。
12、單元類型同樣要更改為熱力耦合專用的單元（Coupled Temperature-Displacement），查看單元類型為CAX4T
13、 提交計算并查看結果。下圖為Mises應力圖，可以看到，由于左邊溫度高，因此產生的熱應力也相對較大。
ABAQUS順序熱力耦合分析實例.pdf
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abaqus盤式制動器熱力耦合分析 ￥5
abaqus盤式制動器熱力耦合分析源文件
金屬成型中軋制過程模擬 ---完全熱力耦合實例
Abaqus作為最強大的非線性軟件之一，在熱力耦合分析方面有其獨特的方法。本文主要介紹在abaqus中進行熱軋過程的模擬。
軋制主要有冷軋和熱軋，冷軋的過程與溫度無關。熱軋不但與溫度有關，并且溫度和力的作用相互影響，形成一個完全熱力耦合問題。
Abaqus中對于熱軋進行完全熱力耦合分析主要有以下幾個步驟:
1、建模
對于軋輥，若不考慮其變形情況，可以將其按照解析剛體的方式創建，在考慮其變形的情況，可按照實際情況施加防變形的輪，軋板采用可變形體模擬。
2、材料
材料包括力學部分和熱學部分，主要有導熱系數、比熱容、非彈性熱轉變分數、彈性、塑性、、密度、熱膨脹系數。此處應注意單位制以及塑性中應變應該是塑性應變而不是整體應變。所有參數根據實際是否與溫度有關。本文中設置所有參數均與溫度相關。然后為軋板建立截面，分配截面屬性。
3、裝配
軋輥下邊緣水平切線應低于軋板上平面，以保證機械接觸的發生，也可以在相互作用模塊給定調整值。
4、分析類型
在初始步后選擇溫度-位移動態顯式分析類型，并設置分析時間。同時可以考慮設置質量縮放。指定輸出變量中增加溫度的輸出。
5、相互作用
相互作用主要有兩部分：第一是軋輥外表面與壓板之間的機械接觸，壓板應該選擇上上表面以及運動方向的前端。第二是軋板的對流參數設置，二者采用同一個接觸屬性，接觸屬性應包括切向行為，給定摩擦系數0.1。熱傳導與間隙的關系，如下表。并給定接觸面由于摩擦產生的熱的百分比以及該熱量分配至從面的百分比，本文采用默認值。
此外需要將軋輥進行耦合至質心處，在質心位置對其進行加載。
6、載荷和約束
該模塊主要有兩部分需要定義:
第一，軋輥參考點約束除軸向外的所有自由度，約束軋板下表面Y向自由度，給定軋輥200℃溫度。
第二，給軋板初始溫度800和初始速度500℃。
展開 剎車盤鼓熱力耦合分析--ADINA
ADINA-TMC 主要用于全耦合熱-力問題。對于這類問題，熱分析結果影響結構，特別是材料力學性能參數和熱應變，反之，結構計算結果如變形也影響傳熱計算，主要體現在接觸邊界改變、塑性變形生成熱和邊界摩擦生成熱。特別適于分析剎車盤鼓，車輪地面作用模擬，車輪、鐵軌之間的熱力耦合模擬，金屬材料成形模擬等。
熱-力問題能夠考慮下列影響因素：
· 材料塑性變形引起的內部熱生成 · 接觸物體之間的熱交換
· 接觸面之間摩擦引起的表面熱生成。
下面的動畫說明了某一熱-力問題耦合分析示例，該問題中涉及到接觸物體之間的熱交換和接觸面之間摩擦引起的表面熱生成。其中云圖為溫度分布。
剎車盤鼓熱力耦合分析
展開 攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型
隨著數值模擬技術在攪拌摩擦焊接研究中的應用日益廣泛，對模型本身的準確程度要求越來越高，因而針對數值分析模型的研究顯得更有意義。通過分析攪拌摩擦焊接熱力耦合計算方面的相關資料，結合實際開展的攪拌摩擦焊接試驗以及試驗過程中對部分物理量的測量和分析，建立更加完善的攪拌摩擦焊接數值模擬模型。對生熱過程、材料模型、夾具約束以及攪拌頭機械載荷作用都進行細致分析和探討，在新模型中采用被焊材料的剪切極限作為生熱驅動力，考慮被焊材料的力學性能隨溫度和溫度歷史發生變化，建立夾具和試板之間的接觸關系，并在力學分析模型中將攪拌頭機械載荷簡化考慮。利用新建立的數值分析模型對鋁合金薄板攪拌摩擦焊接過程進行模擬，得到和試驗結果吻合較好的溫度場、殘余應力和變形結果。
攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型.pdf
展開 熱力耦合分析技術及傳熱邊界條件
在金屬塑性成形模擬中，剛粘塑性有限元法采用增量變形分析逐步解出材料塑性變形的速度場、應變速率、應力場及應變場，而材料的溫度場則采用時間差分格式逐步積分得到。這樣可以在某一瞬間分別計算材料的變形和溫度，然后借助本構關系，將變形和傳熱的相互影響同時考慮，則可實現塑性成形過程的熱力耦合分析。目前常用的熱力耦合常用方法有兩種：一是N.Reblo和S.Kobayashi所提出的增量區間的耦合迭代法，另一種是準靜態迭代法，即在實施耦合分析時，將速度場的計算和溫度場的計算視為兩個獨立的子系統進行求解。其中變形對溫度的影響是將內熱產生的熱流矢量加入求解方程中，而溫度對變形的影響是通過溫度對流動應力的影響加以考慮。耦合迭代法的特點是耦合度高，求解精度也高，但是其求解過程復雜，并且編程也較為麻煩。與耦合迭代法相比，準靜態迭代法求解溫度場時可以避開計算溫度對時間的導數，簡化了計算過程。并且由于溫度計算沒有采用與速度同時迭代求解，變形過程的耦合計算程序編制也較為簡單。再者計算精度也和耦合迭代法相同。ABAQUS采用的就是準靜態迭代法。
展開 ABAQUS熱力耦合分析
在順序耦合分析中，單獨的分析類型可以充分利用自動時間增量步算法，以提高計算效率。 然而，在完全耦合的分析中，由于熱力相互作用使得上述方法的優勢大打折扣！
因此，完全的耦合分析只在必要時使用。相對而言，順序耦合分析或絕熱分析的計算效率更高。
（3） 絕熱分析
力學變形產生的局部熱量，由于歷時極短，可以忽略相應的熱傳導，此時可應用絕熱分析。這種分析中，所有升溫都局限于材料點處，且也只影響該點處的材料屬性。
這種分析稱為“絕熱(adiabatic)”，因為每個材料點與周圍環境似乎是完全隔熱的——所有生成的熱量都保存在生成點處。
給定的事件的發生足夠迅速，以滿足絕熱假定時，才可執行絕熱分析。可以通過下式進行判斷：
為熱量通過單元邊界傳導的近似時間。
絕熱分析中的熱應力可以考慮彈塑性材料，也可以考慮材料的率相關屬性，分析類型可以是靜態或動態的。絕熱分析輸出變量為積分點上的溫度，而不是節點上的溫度。
絕熱分析必須的材料選項為：
*ELASTIC *PLASTIC
*DENSITY *SPECIFIC HEAT *INELASTIC HEAT FRACTION
可選的材料行為包括：
*RATE DEPENDENT
*LATENT HEAT
ABAQUS熱力耦合分析1.pdf
展開 【歡迎提問】OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑專場
“Altair周四直播”系列活動——OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑專場
我們鼓勵用戶參加免費直播互動，與講師實時提問交流，及時答疑解惑。
希望“Altair周四Live”成為用戶更好的學習和交流通道！目前已結束的往期內容可限時免費回看，4月18日起，所有“Altair周四Live”系列錄播視頻只能有償觀看哦。大家趕緊點擊下方圖片，快快加入每周四晚7點半直播，免費獲取最新鮮的技術信息吧~
Altair “周四 Live”系列直播
每周四晚19:30至21:00
Altair技術專家為你答疑解惑或進行案例操作演練
直播時間：
每周四 19:30-21:00
直播形式：
直播答疑+案例演練
（將不定時插播行業熱點應用分析、仿真軟件使用tips等）
主題四
《OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑》
直播時間：2019年4月18日 19:30-21:00
大綱
—熱傳導基礎理論
—OptiStruct熱分析基礎
—OptiStruct穩態熱傳導、熱力耦合分析
—OptiStruct瞬態熱傳導、熱力耦合分析
—OptiStruct熱接觸分析
—OptiStruct熱優化
講師介紹
劉勇
Altair技術專家，在Altair工作約10年，5年的OptiStruct軟件開發經驗，3年的項目咨詢經驗，2年技術支持。精通復合材料理論，熟悉復合材料的設計流程，參與過多個軍工項目的復合材料設計、優化。
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Ansys 案例研究 | 瞬態熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應力生成
因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。
目標
通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現。
方法闡述
本研究采用瞬態熱-力順序耦合仿真方法。首先，基于元件的真實功耗曲線與環境邊界條件，進行高精度瞬態熱分析，獲取從啟動、負載變動到穩態的全過程溫度場時序數據。隨后，將該瞬態溫度場作為體載荷映射至結構模型，通過有限元分析求解其引發的熱應力與應變場。
仿真步驟
1.打開 ANSYS Workbench，創建“瞬態熱力學系統（Transient Thermal System）”。
2.關聯結構分析，將“瞬態結構系統（Transient Structural System）”拖拽至瞬態熱力學系統的求解（Solution）單元格上，實現兩個分析系統間四個單元的共享。
3.定義部件的材料屬性，此處示例使用的是鋼，實際應用中應需根據真實材料設置參數。
4.導入模型，其效果如圖所示。
5.分配材料至幾何體。
6.在模型上施加相關的熱邊界條件，如圖 2 所示。
7.求解該模型，然后將本次分析結束時刻或每個時間步的溫度作為初始體溫度輸入到瞬態結構分析中（如圖 3 所示）。用戶可以從瞬態熱分析的溫度圖表中復制并粘貼源時間（Source Time）和分析時間（Analysis Time）的數據。
8.在 PCB 板孔位處添加固定支撐。
展開 基于Abaqus的混凝土箱梁熱力耦合分析
<p>關鍵詞： Abaqus；混凝土箱梁；熱傳導；輻射散熱；熱力耦合</p><p class="ql-align-justify">在橋梁工程領域，混凝土箱梁因其結構穩定性和承載能力而廣泛應用于現代橋梁設計中。隨著全球氣候變化和極端天氣事件的頻發，混凝土箱梁在服役過程中面臨的熱力耦合效應日益受到重視。熱力耦合分析是指在結構分析中同時考慮溫度場和力學場的相互作用，這對于確保橋梁在不同環境條件下的長期性能和安全性至關重要。</p><p class="ql-align-justify">暴露在自然環境下的混凝土箱梁受到太陽輻射，對流換熱和輻射換熱的作用，在Abaqus中可以通過熱傳導、輻射和散射的設置實現此過程。本文致力于將傳熱分析后的應力/溫度結果與加上輻射散熱后的應力/溫度結果進行對比，探討熱力耦合分析進行輻射散熱的必要性。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/e6a9f4b8570446fb9114cf7e2477c7c0~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?
展開 Marc高級非線性有限元分析-高反熱機耦合仿真解決方案
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往期回顧：
●基于Abaqus的雙制動片制動盤熱力耦合分析案例講解（附模型文件）
●Abaqus仿真鉆削（Drill）熱力耦合
展開 abaqus熱力耦合---順序（間接）耦合和完全（直接）完全耦合的結果對比 ￥200
<p> 前言</p><p>使用abaqus分析熱力學計算的例子很多，但是并沒有見有人發過順序耦合和直接完全耦合的對比，而且網上關于熱力耦合分析的教程又很少，而相關書籍上一般都用預定義場分析均勻溫度場，但是對于梯度載荷需要用到順序耦合或完全耦合。
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