熱力循環(huán)模擬分析的案例
ABAQUS熱力耦合分析(火災(zāi)試驗模擬)
<p><strong>0、分析方法簡介</strong></p><p><strong>順序熱力耦合—火災(zāi)試驗最常用分析方法。</strong></p><p><strong>1、單位統(tǒng)一</strong></p><p>做熱力耦合，要統(tǒng)一好單位，不然很容易出錯。</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/202006/imgs/13c531bcd602468dae83523073c6d0c5"></p><p><strong>2、時間單位</strong></p><p>時間單位用min和s，注意Stefan-Boltzmann常數(shù)、對流換熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的換算。</p><p><strong>3、熱膨脹系數(shù)</strong></p><p>計算公式有2種，單位不一樣，注意單位的換算。
展開 《Scripta Mater》：熱力循環(huán)對增材制造鈦合金界面穩(wěn)定性的影響！
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114134
研究發(fā)現(xiàn)Ti6Al4V合金在400℃和650℃之間經(jīng)歷熱力變化后逐漸軟化，塑性壓縮應(yīng)變極限為1%。α和β相之間的動態(tài)應(yīng)變分配伴隨著(a→β)相變。在熱力變化循環(huán)中觀察到的β相變化相當(dāng)出乎意料(約5%)，因為熱力學(xué)平衡預(yù)測在該溫度范圍內(nèi)相變可忽略不計。在加工狀態(tài)下，測得的β相中的V含量約為30%，而在α相中，測得的V含量約為2.27%。同樣，測得的α相中鋁含量約為8%，在β相中約為2%，對45和75次循環(huán)樣品進(jìn)行了相同的分析，測得β相中的V含量分別為18%和17%。在兩個階段中鋁含量的變化可以忽略不計。與未進(jìn)行循環(huán)樣品相比，大量的V在熱力變化(45和75循環(huán))過程中重新分配。
展開 利用DYNAFOR和LS-DYNA進(jìn)行熱力耦合模擬分析 1
板料熱成形近幾年成為行業(yè)內(nèi)的熱點研究問題，熱力耦合問題自然也備受關(guān)注。看了論文里的很多帖子，都沒有仔細(xì)說明這個過程。現(xiàn)在就個人的一點經(jīng)驗，提出來供大家參考：
1、對于熱沖壓模擬，我先在dynaform上建立冷沖壓模型，檢驗各參數(shù)定義，特別是模具運(yùn)動形成和接觸定義是否正確。如果正確，進(jìn)行第2步；
2、勾選dynaform中的熱力耦合選項 Coupled thermal structural analysis，定義熱材料、熱接觸等條件。
3、生成dyn、blk、mod文件。
4、打開dyn文件，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)修改，如熱導(dǎo)率、比熱等參數(shù)；最主要的是修改材料，換成熱材料。比方說，在定義冷成形的時候，材料MID為DC06，沒有考慮溫度對材料性能的影響，那么這個時候，就要將此MID換成新的材料，比方說MAT_106，熱粘塑性材料。關(guān)于TMID，定義比熱熔等參數(shù)的曲線或常數(shù)。
5、定義熱接觸*CONTACT_FORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE_THERMAL_ID、熱邊界*INITIAL_TEMPERATURE_SET、*BOUNDARY_RADIATION_SET等等，保存。
6、進(jìn)入LS-DYNA進(jìn)行調(diào)試，根據(jù)報錯，進(jìn)行修改。
下面是我根據(jù)Numisheet 2008 BM03做的結(jié)果
展開 借助SOLIDWORKS瞬態(tài)熱力分析，模擬物體表面溫度變化 | 產(chǎn)品探索
今天探討一下瞬態(tài)熱力分析，瞬態(tài)熱力分析可以分析溫度隨時間的變化情況，也就是模型的熱力狀態(tài)與時間的函數(shù)關(guān)系。例如，熱水瓶設(shè)計師知道里面的流體溫度最終將與室溫相等（穩(wěn)態(tài)），但設(shè)計師感興趣的是找出流體的溫度與時間的函數(shù)關(guān)系。
瞬態(tài)熱力分析和穩(wěn)態(tài)熱力分析的分析條件指定基本相同，也就是需要指定材料屬性的熱導(dǎo)率、密度和比熱等。除此之外，瞬態(tài)熱力分析還需要切換分析類型、指定初始溫度、求解時間和時間增量等。
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Moldex3D模流分析之熱循環(huán)試驗模擬預(yù)測熱疲勞
延性疲勞指數(shù)可經(jīng)由 Modified Coffin-Manson Model：
塑性應(yīng)變模型
熱疲勞模型參數(shù)除了可由查表或?qū)嶒炄〉玫牟牧涎有云趨?shù)；以及經(jīng)由欲模擬的熱循環(huán)試驗參數(shù)可得之周期平均溫度與周期頻率。而較難直接從固體力學(xué)分析結(jié)果得到的參數(shù)，塑性應(yīng)變量值，則可以通過分析的材料特性，找尋對應(yīng)的塑性應(yīng)變模型進(jìn)行預(yù)估。
對于較常發(fā)生熱疲勞破壞的金屬IC組件：錫球(Solder ball)或是導(dǎo)線架(Lead frame)。其塑性行為可透過考慮各向同性硬化(Isotropic-hardening) 的Prandtl-Reuss Model計算。
此模型適用于反復(fù)載重的每次循環(huán)并未達(dá)到試體塑性，使其發(fā)生永久形變的案例中較為適合。
熱循環(huán)試驗模擬分析
本研究以Moldex3D Stress 分析中考慮材料非線性的 PMC(post mold curing) 求解器，輸入溫度循環(huán)試驗中的溫度與時間關(guān)系進(jìn)行分析。
圖一 后熟化制程中設(shè)定環(huán)境溫度
以分析結(jié)果中各循環(huán)中殘余應(yīng)力中的von Mises stress最大值處作為熱疲勞破壞的觀察點，并將設(shè)定的溫度與Von Mises應(yīng)力分析結(jié)果關(guān)系制圖如下：
圖二 內(nèi)部應(yīng)力與溫度隨環(huán)境溫度變化
透過前述的塑性應(yīng)變Prandtl-Reuss 模型，以材料的降伏應(yīng)力與von Mises stress 估算等效塑性應(yīng)變。將本次仿真結(jié)果的平均溫度、循環(huán)頻率等信息輸出，再由 Modified Coffin-Manson 模型即可估計出至破壞所需的循環(huán)次數(shù)。
結(jié)論
本文藉由Moldex3D中具有考慮材料黏彈性的Post mold curing 求解器，輸入熱循環(huán)試驗的環(huán)境溫度、以及所對應(yīng)的時間，用以計算在TCT試驗中隨著時間與溫度變化的應(yīng)力分布。
展開 借助SOLIDWORKS瞬態(tài)熱力分析，模擬物體表面溫度變化 | 操作視頻
前幾期和大家分享了穩(wěn)態(tài)熱力分析：熱！溫度在物體表面是如何分布的？| 操作視頻，今天探討一下瞬態(tài)熱力分析，瞬態(tài)熱力分析可以分析溫度隨時間的變化情況，也就是模型的熱力狀態(tài)與時間的函數(shù)關(guān)系。例如，熱水瓶設(shè)計師知道里面的流體溫度最終將與室溫相等（穩(wěn)態(tài)），但設(shè)計師感興趣的是找出流體的溫度與時間的函數(shù)關(guān)系。
瞬態(tài)熱力分析和穩(wěn)態(tài)熱力分析的分析條件指定基本相同，也就是需要指定材料屬性的熱導(dǎo)率、密度和比熱等。除此之外，瞬態(tài)熱力分析還需要切換分析類型、指定初始溫度、求解時間和時間增量等。
分析完畢后，通過溫度結(jié)果可以查看各個梯段的溫度情況，并可以通過探測獲取溫度變化的曲線等。
其他關(guān)于“用SOLIDWORKS分析溫度變化情況”的詳細(xì)介紹詳見如下視頻：
詳細(xì)操作過程請查看以下視頻
用SOLIDWORKS分析溫度變化情況
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展開 [模擬實例]440t循環(huán)流化床-燃燒-3維全尺寸模擬 ￥2000
440t循環(huán)流化床-燃燒-3維全尺寸模擬，難點：循環(huán)物質(zhì)從出口逃逸的量=循環(huán)物質(zhì)從入口增加的量，通過UDF實現(xiàn)，保持內(nèi)部循環(huán)粒子守恒
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基于砂箱和循環(huán)井修復(fù)劑在低滲透區(qū)域遷移仿真模擬 ￥800
本模型建立了砂箱和循環(huán)井的二維簡化模型，如圖1所示。
圖 1 砂箱和循環(huán)井幾何模型
仿真模擬了低滲透性的砂箱內(nèi)的滲流場以及修復(fù)劑濃度場的遷移分布，仿真結(jié)果如圖2所示：
【iSolver案例分享62】鋼結(jié)構(gòu)梁柱接頭的循環(huán)載荷模擬
0引言
最近，我關(guān)注到一款名為iSolver的自主開發(fā)有限元軟件，并發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有許多技術(shù)鄰社區(qū)的用戶使用它進(jìn)行了案例分析，結(jié)果與商業(yè)軟件的計算結(jié)果相當(dāng)吻合。同時，iSolver的研發(fā)團(tuán)隊也在不斷更新版本，豐富其功能，并熱心地解答用戶在使用過程中遇到的問題，表現(xiàn)非常出色。
之前，我用iSolver做過兩個案例研究。第一個是《水下爆炸實驗常用結(jié)構(gòu)-簡化船體梁的模態(tài)計算與對比（Abaqus、文獻(xiàn)）》。這個案例主要考察iSolver在船舶模態(tài)計算中的便利性。結(jié)果顯示，iSolver內(nèi)置的虛擬流體質(zhì)量功能能夠非常方便地計算船舶的濕模態(tài)，無需對水域進(jìn)行建模，結(jié)果比Abaqus更貼近實驗數(shù)據(jù)。
第二個案例是《薄壁板加固和內(nèi)置工字鋼梁的復(fù)合混凝土柱軸向壓縮模擬》。這個案例旨在評估iSolver在處理包含多材料、多零件復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的力學(xué)計算表現(xiàn)。結(jié)果表明，在該案例中，iSolver在30個計算輸出上與Abaqus完全一致，顯示出其強(qiáng)大的計算能力。
對上述兩個案例感興趣的讀者可以在技術(shù)鄰網(wǎng)站上搜索標(biāo)題以了解詳情。這兩個案例從不同角度考察了iSolver的能力，但在載荷的使用方面仍顯得相對簡單。在本案例中，我進(jìn)一步使用循環(huán)載荷對鋼結(jié)構(gòu)梁柱接頭的變形行為進(jìn)行模擬，并將結(jié)果與Abaqus進(jìn)行對比，以評估iSolver在更復(fù)雜載荷下的計算能力。
1 模型介紹
循環(huán)載荷是指隨著時間推移反復(fù)對材料施加應(yīng)力或應(yīng)變，導(dǎo)致材料經(jīng)歷交替加載和卸載的過程。在循環(huán)載荷作用下，彈性變形在卸荷過程中會恢復(fù)，但不可逆的變形會保留下來，是研究材料疲勞和失效的關(guān)鍵因素。
如果結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件承受足夠振幅的周期性變化載荷，即使單個循環(huán)中的最大載荷遠(yuǎn)小于導(dǎo)致屈服或斷裂所需的載荷，它也可能在一定次數(shù)的重復(fù)載荷后失效。
在本模型中，結(jié)構(gòu)被建模為二維殼零件。
展開 PFC模擬循環(huán)不排水雙軸 ￥50
這個算例可以看出離散元在模擬散體顆粒力學(xué)性質(zhì)方面的優(yōu)越性。因為我自己碩士大論文做的是有限元循環(huán)塑性本構(gòu)，用的是下負(fù)荷面模型實現(xiàn)的循環(huán)特性，主要的模型參數(shù)多達(dá)12個。而在離散元中，我實際上的材料參數(shù)只有emod、kratio、fric這三個，當(dāng)然如果孔隙率、級配也算的話就比較多了。下面講一下實現(xiàn)不排水循環(huán)雙軸的實現(xiàn)思路。
首先，不排水采用的方法為體積不變法。
dx=(-A/y^2)*dy
用這個可以根據(jù)豎向速度計算橫向速度，速度的方向如下圖。
如下圖為計算過程中面積的變化，有少許變化，但是這個量級可以看一下，很小。
如下圖為計算過程中的應(yīng)力路徑變化。
這里已經(jīng)算了一天了，基本上可以看出比較經(jīng)典的滯回圈和液化現(xiàn)象。當(dāng)p為0基本上可以認(rèn)為是液化。
應(yīng)力應(yīng)變曲線也是比較經(jīng)典的。這個可以自行和砂土實驗對比一下。
這里記錄了墻上力的變化，可以根據(jù)正應(yīng)力的損失去計算靜水壓力。
注意：此處循環(huán)實現(xiàn)用的是勻速加載，監(jiān)測應(yīng)力到達(dá)一定值后反向。
展開 基于LAMMPS模擬Cu單晶疲勞循環(huán)加載過程
圖1 (a)循環(huán)載荷加載曲線；(b)分子動力學(xué)模型
模型采用第三章中的 (100) 取向立方結(jié)構(gòu)模型，X、Y、Z 三個方向分別對應(yīng)于 [100]、[010]、[001] 取向,三個方向均采用周期性邊界條件以消除邊界效應(yīng)。通過控制應(yīng)變，采用拉壓循環(huán)的方式進(jìn)行加載，應(yīng)變比為 R =?1 ( R 為每次循環(huán)的最小應(yīng)變與最大應(yīng)變之比)。加載示意圖如圖1（a）所示。為了研究循環(huán)加載下溫度和應(yīng)變率對疲勞力學(xué)性能和變形機(jī)理的影響，分別在300K溫度下和應(yīng)變率為1×109s-1的條件下進(jìn)行了模擬計算，此外，還考慮了正弦形波循環(huán)加載對力學(xué)性能和變形機(jī)制的影響。
圖2 循壞載荷下的應(yīng)力應(yīng)變曲線
300 K 時的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示，當(dāng)高溫合金受到循環(huán)加載時，最大應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)的增加而增大，即首先發(fā)生應(yīng)力循環(huán)硬化，這主要是由于初始缺陷的積累，如位錯、堆垛層錯等。隨著加載的進(jìn)行，循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線在最后幾個循環(huán)中基本一致。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，最大應(yīng)力趨于穩(wěn)定并達(dá)到循環(huán)飽和狀態(tài)，這符合金屬的循環(huán)變形特征。
圖3 (a)循壞載荷下Cu模型；(b)剪切應(yīng)變；(c)循環(huán)載荷下位錯分析；(d)公共鄰域分析
圖4 (a)循壞載荷下Cu模型；(b)剪切應(yīng)變；(c)循環(huán)載荷下位錯分析；(d)公共鄰域分析
圖3和圖4分別為不同應(yīng)變下Cu單晶的循環(huán)載荷、剪切應(yīng)變、位錯分析、公共鄰域分析的可視化圖，通過ovito可視化后，可以發(fā)現(xiàn)循環(huán)載荷下Cu單晶存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時發(fā)生均勻相變，在Cu單晶內(nèi)部可以發(fā)現(xiàn)存在少量的bcc以及Other原子，這對Cu單晶的變形和力學(xué)性能有顯著的影響。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
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Abaqus高斯熱源3D打印熱力耦合模擬
Abaqus高斯熱源3D打印熱力耦合模擬
FLOW-3D的模具熱循環(huán)模擬
網(wǎng)絡(luò)是自由的，言論也是自由的，真與假靠自己去分析的，不是聽別人的一面之詞。所以我想過段時間把填充的模擬教程大概寫下。這次我只是來發(fā)幾張模擬的GIF圖片。
FLOW3D導(dǎo)出是AVI格式的，轉(zhuǎn)到GIF格式后，都失真了，不知道是不是自己的軟件有問題。誰有什么好的軟件來軟轉(zhuǎn)換呢。
這張是模具熱循環(huán)分析，通過熱循環(huán)的分析來分析溫度的分布，便于布置水道。在低壓上這個水道是沒有的，在高壓上是必要的。
凍融循環(huán)作用下危巖體破壞模擬
（2）計算任務(wù)：在2D平面內(nèi)實現(xiàn)凍融循環(huán)作用下危巖體的破壞判斷，考慮凍融循環(huán)作用下由于水分凍脹產(chǎn)生的應(yīng)力對危巖體結(jié)構(gòu)面的作用，考慮凍融循環(huán)作對危巖體組成材料的力學(xué)性能弱化（如抗剪強(qiáng)度參數(shù)的弱化），在雙重作用影響下，危巖體極有可能出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。該模型可以準(zhǔn)備判斷危巖體是否發(fā)生破壞，具有科研和工程實踐價值。
（3）設(shè)備基本參數(shù)：CPU為“Intel(R) Xeon(R) CPU i5-6300HQ @ 2.30GHz”;內(nèi)存為“8.0GB”；顯卡為“Nvdia MX150”,64為驅(qū)動系統(tǒng)
（4）采用Standard求解器進(jìn)行模擬；模型利用2D可變形殼型平面模型；用Mohr—Coulomb準(zhǔn)則作為破壞準(zhǔn)則，利用非對稱矩陣求解器求解，考慮土體自重力。所有單元類型采用平面應(yīng)變單元（CPE4），網(wǎng)格控制屬性為四邊形掃掠技術(shù)。
（5）計算耗時：依據(jù)危巖體尺寸的不同計算時間有長有短，但都遠(yuǎn)低于3D模型模擬所需時間。
（6）分析：
（a）利用2D可變形模型，將3維危巖體降維成2維平面，極大地提高了計算效率；
（b）凍融循環(huán)作用在ABAQUS可通過用戶子程序umat對材料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)定義，或者利用場變量定義，實現(xiàn)方式較為便捷。
（c）模擬結(jié)果與理論上所得較為符合。
展開 利用LS-DYNA的重啟動技術(shù)實現(xiàn)巖石多次/循環(huán)爆破開挖模擬
完全重啟動技術(shù)同樣可以解決彈體重復(fù)侵徹、SHPB循環(huán)沖擊模擬及巖體循環(huán)掘進(jìn)等問題。</p>
