熱應力分析的案例
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例
1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產生熱應力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導振動。
2、熱誘導振動分析的成功應用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導振動問題而發生故障?，F在對航天器的分析中，熱誘導振動屬于難點和重點。國內曾有人對衛星天線做過準靜態熱誘導振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態的熱誘導振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應力分析與熱誘導振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態非耦合的熱誘導振動分析為例，介紹由熱應力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
5、分析結果
6、詳細步驟
見附件。
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part4.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part1.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part2.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part3.rar
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1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產生熱應力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導振動。
2、熱誘導振動分析的成功應用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導振動問題而發生故障?，F在對航天器的分析中，熱誘導振動屬于難點和重點。國內曾有人對衛星天線做過準靜態熱誘導振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態的熱誘導振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應力分析與熱誘導振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態非耦合的熱誘導振動分析為例，介紹由熱應力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
詳細步驟
見附件。
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展開 ABAQUS熱應力分析 附ABAQUS中初始地應力的施加下載
熱應力分析過程
ABAQUS 提供三種熱應力分析程序：
1. 順序耦合熱應力分析，最常用的方法
? 當應力是由熱量場存在造成的，并且熱求解過程與應力狀態無關，也就是說應力依賴于熱產生，而熱并不依賴位移。
? 需要跑兩個分析: 先分析熱傳導，再將溫度結果導熱應力分析
? 熱分析的結果，如溫度(位置，時間的函數)被讀入應力分析，作為一個預定義場。
2. 完全耦合熱應力分析，最常用的方法
? 應力依賴于溫度場并且溫度也依賴于應力場。
? 只需要跑一個析。
3.
展開 基于ANSYS Workbench的噴管熱應力分析
通過對噴管熱應力的分析，首先進行流固耦合分析，得到噴管整體結構的溫度場分析，看到噴管的溫度場在轉動板稍微向上的外殼附近存在著明顯的溫度梯度，熱應力的產生來源一種是結構中存在著明顯的溫度梯度，另外就是在結構約束的地方存在熱應力。一般而言，溫度梯度越大，約束越強，結構的熱應力值則越大，按照線彈性理論分析，則會出現有些結構部件會失效的情況，然而這與實際情況不符合，因此需要對噴管結構的熱應力分析進行彈塑性本構材料的熱應力分析，彈塑性材料的熱應力分析結果表明，噴管在溫度梯度大的地方，以及在溫度梯度較大并存在約束的地方的等效熱應力值超過了材料的屈服極限，但是小于材料的抗拉強度，說明噴管結構局部進入塑性變形區，結構并沒有發生破壞。并且分三種模型分別考慮溫度場和考慮溫度場及氣動載荷共同作用下的仿真，仿真結果表明，導流板的下移之后，噴管結構的溫度場有一定的下降，并且考慮彈塑性熱應力仿真分析表明，隨著溫度場的下降，結構的彈性等效應力下降。在原始模型和下降2mm的模型仿真后噴管在氣動載荷和溫度載荷作用下結構的最大位移出現在導流板上，而導流板下降4mm后的仿真表明，結構的最大位移還是受溫度場的影響明顯，出現在噴管外側板的頂端，導流板處的位移變形也較明顯，最大為8.5mm。由于噴管局部進行塑性區域，就需要考慮多次工作情況下，結構的疲勞壽命分析?；蛘邔姽艹惺?em>熱應力較大的區域，設置熱防護層或者其他措施，以降低該區域的溫度梯度，從而實現提高噴管運行時可靠性設計的要求。
展開 
基于Simsolid的MCM-BGA封裝體運行溫度及熱應力分析與優化設計
作者: Wang Houhua
Introduction
Simsolid自問世以來，因其獨創的無網格分析技術，受到了相關從業技術人員的廣泛關注。在其應用領域不斷拓寬的同時，Simsolid的準確性也被越來越多的工程實踐所驗證。相較于傳統的FEM，Simsolid在計算效率上存在著明顯的優勢。本案例擬采用Simsolid對MCM-BGA封裝體的熱應力進行分析，并通過有限元分析軟件ABAQUS驗證了Simsolid熱分析及熱應力分析結果的準確性。最后，通過改變封裝體的結構對該封裝體進行了優化設計。
Chapter 1 問題描述與模型建立
本次案件所采用的MCM-BGA封裝體共包含9個芯片、熱界面材料、散熱外殼、PCB、若干熱點焊連接點及封裝基體[1]。具體的裝配關系見圖1所示。通過3D繪圖軟件繪制封裝體的幾何模型，并導入到Simsolid。各部件的材料參數見表1。
圖1 MCM-BGA封裝體的裝配關系
表1 各部件的材料參數[1]
熱應力分析的思路一般為先進行熱分析得到溫度場，再把溫度場導入到新的模型中計算熱應力。基于這一原則，本案例將分為熱分析和結構分析兩部分進行闡述。
1.1 熱分析
Simsolid的提供了專門進行熱分析的分析類型。在創建熱分析之后，需要填寫溫度、體熱流及對流條件。具體到本次案例，設定流過每個芯片上表面的熱功率為50W/cm^2，對于裸漏在空氣側的封裝體外殼設定對流散熱系數為20W/（m^2*K），環境溫度設定為20℃。
展開 基于abaqus充電寶熱應力分析案例 ￥25
本案例主要是基于abaqus對充電寶進行簡單的熱應力分析，涉及到的主要知識點：性材料的建立、殼體與電芯的綁定約束創建、接觸創建、溫度載荷的創建、材料熱膨脹系數創建、分析步的創建等。后處理在hyperview中進行處理。
約束：暫不施加任何約束；
載荷：1、電芯施加20攝氏度的初始溫度載荷；2、接著給電芯溫度升高到120攝氏度。
目的：分析電芯溫度由20攝氏度升高到120攝氏度，分析充電寶在120攝氏度時的應力場。
分析結果：
分析結果動畫
120攝氏度應力場-1
120攝氏度應力場-2
本案例目的在于學習如何在abaqus中做簡單的熱應力分析，具體操作及模型文件見收費內容部分，凡購買本案例的朋友仿真操作實現中有什么問題可私信。大家也可以結合我前期發的熱分析案例《基于optistruct熱應力分析案例-01》進行對比學習。
展開 無網格劃分新技術midas MeshFree - 熱應力分析案例
④施加邊界條件和載荷
⑤求解后查看結果
MeshFree結果分析—溫度
MeshFree結果分析—熱變形
MeshFree結果分析—熱應力
隨后，利用ANSYS對該模型進行了熱應力分析，得到了對應的結果，并進行對比。
可靠
MeshFree和ANSYS結果分析對比
結果
軟件
溫度/℃
熱變形/mm
熱應力/MPa
誤差
MeshFree
60
0.06923
681.63
溫度：0%
熱變形：2.3%
熱應力：1.6%
ANSYS
60
0.070927
692.94
從表格中看出，兩款軟件的分析結果是一致的，誤差在合理范圍內。在熱應力分析模塊MeshFree的分析結果是準確的。
展開 技術鄰Ansys培訓如何快速掌握熱應力核心技能？
培訓成果顯著，為企業創造實實在在的價值：85%的學員可獨立完成熱應力分析全流程，某機械企業培訓前需外包相關項目（單次費用2-3萬元），培訓后工程師可自主完成，每年節省外包成本20-30萬元；60%的學員能為企業輸出可落地的熱應力優化方案，某新能源車企通過學員設計的電池包熱防護方案，將產品故障率降低60%；70%的企業通過培訓建立了內部熱應力分析標準化流程，明確模型簡化、網格質量、邊界條件設置的統一標準，使團隊工作效率提升40%，分析結果一致性提高55%。
企業培訓聯系人手機號：18602195606
ABAQUS熱-應力分析的單元選擇
在做熱-應力分析時，由于單元的選擇不合適，或網格布置不合適，常會產生不真實的結果。因此，需要結合實際謹慎選擇。同時，對熱-應力分析的模型網格劃分，還有如下建議：
（1）溫度梯度很大的區域應適當加密網格，以精確捕捉產生的熱應變梯度。
（2）為了避免結構的過約束,在單元選擇和邊界條件施加時應特別小心。
上述內容不僅適合于順序熱-應力分析以及絕熱分析，也適合于完全耦合分析中的溫度-位移耦合分析。
文章轉自有限元在線博客，分享給大家學習交流
展開 基于optistruct熱應力分析案例-01 ￥15
本案例主要是基于optistruct對充電寶進行簡單的熱應力分析，涉及到的主要知識點：非線性材料的建立、殼體與電芯的綁定約束創建、溫度載荷的創建、材料熱膨脹系數創建、熱分析步的創建等。
約束：約束充電寶的底部；
載荷：對電芯施加100攝氏度的溫度載荷。
分析結果（考慮材料非線性）：
分析結果（不考慮材料非線性）：
結論：
1、是否考慮材料非線性對于分析結果影響較大，考慮材料非線性結果會相對偏小，因此對于材料特性越接近材料的真實材料曲線其仿真結果與實際越接近；
2、底部、頂部與側面接觸部分應力較大，這些區域容易發生失效破壞，在設計在過程中要重點關注。
本案例目的在于學習如何在optistruct中做簡單的熱應力分析，具體操作及模型文件見收費內容部分，凡購買本案例的朋友仿真操作實現中有什么問題可私信。
展開 《ANSYS 8.0熱分析教程與實例解析（含光盤） 》
7.2 熱應力分析單元
7.2.1 直接法進行熱應力分析單元
7.2.2 間接法進行熱應力分析單元
7.3 熱應力分析基本步驟
7.3.1 直接法進行熱應力分析基本步驟
7.3.2 間接法進行熱應力分析基本步驟
第8章 流體熱分析
8.1 FLOTRAN熱分析簡介
8.1.1 FLOTRAN熱分析的功能
8.1.2 FLOTRAN熱分析的基本要求
8.2 FLOTRAN熱分析求解
8.2.1 FLOTRAN熱分析的求解內容
8.2.2 FLOTRAN熱分析方法
8.2.3 FLOTRAN熱分析的基本步驟
第二篇 ANSYS 8.0熱分析實例解析
第9章 穩態熱分析實例詳解
9.1 實例1——短圓柱體的熱傳導過程
9.1.1 問題描述
9.1.2 問題分析
9.1.3 2D建模求解步驟
9.1.4 3D建模求解步驟
9.2 實例2——長空心圓柱體的熱傳導過程
9.2.1 問題描述
9.2.2 問題分析
9.2.3 求解步驟
9.3 實例3——保溫筒的對流傳熱過程
9.3.1 問題描述
9.3.2 問題分析
9.3.3 求解步驟
9.4 實例4——高溫爐爐壁的熱傳導過程
9.4.1 問題描述
9.4.2 問題分析
9.4.3 求解步驟
9.5 實例5——矩形截面梁的對流傳熱過程
9.5.1 問題描述
9.5.2 問題分析
9.5.3 求解步驟
9.6 實例6——長圓柱體圓周受諧響應熱載荷
9.6.1 問題描述
9.6.2 問題分析
9.6.3 求解步驟
9.7 實例7——導管和罐體結合處的穩態熱分析
9.7.1 問題描述
9.7.2 問題分析
9.7.3 求解步驟
第10章 瞬態熱分析實例詳解
10.1 實例1——鋼球瞬態傳熱過程分析
10.1.1 問題描述
10.1.2 問題分析
10.1.3 求解步驟
10.2 實例2——型材瞬態傳熱過程分析
10.2.1 問題描述
10.2.2
展開 
零基礎能學Ansys熱應力分析嗎？技術鄰打破學習壁壘輕松入門
零基礎也能高效掌握Ansys熱應力分析，技術鄰通過“低門檻準入+拆解式教學+全流程保障”，讓新手1-2周上手實戰，已幫助500+企業零基礎工程師實現技能突破，學員獨立完成仿真項目的平均周期從1.5個月縮短至2周。
“沒接觸過有限元理論，怕聽不懂公式推導”“只會打開Ansys軟件畫簡單模型，不知道怎么開展熱應力分析”“擔心課程太復雜，學完還是不會做自己的項目”——這是絕大多數零基礎學習者面對Ansys熱應力分析時的普遍顧慮。但事實上，基礎薄弱絕非學習的“攔路虎”，技術鄰深耕工業仿真培訓8年，針對零基礎群體的學習痛點，量身打造了Ansys熱應力定制培訓體系，大幅降低準入門檻：只要對Ansys軟件有初步認知（比如會新建模型、導入簡單零件），或了解“溫度梯度”“應力”等基本工程概念，無需掌握高深理論，就能順利開啟學習，徹底打消“沒基礎學不會”的顧慮。
不同于普通課程“先講三個月理論、再練無關通用案例”的枯燥模式，技術鄰完全跳過晦澀的有限元公式推導，從企業實際工程需求出發，用“可落地的操作步驟”替代“抽象的學術概念”，讓零基礎學員無需背負知識包袱，直接進入實戰環節。講解核心知識點時，講師全程結合真實行業案例舉例，避免抽象表述：比如介紹“瞬態熱應力與穩態熱應力”的區別時，不會單純講解“時間依賴性”理論，而是通過“汽車發動機啟動（溫度快速變化，需瞬態分析）”與“發動機持續運轉（溫度穩定，用穩態分析）”的場景對比，搭配溫度場云圖動態演示，讓學員瞬間理解兩種分析類型的適用場景；講解“熱膨脹系數對熱應力的影響”時，會以“鋼質散熱板與鋁合金電芯的熱應力匹配”為例，通過仿真結果對比，直觀展示“熱膨脹系數差異1.8倍會導致接觸應力升高至180MPa”，讓抽象參數與實際影響建立關聯。
展開 某型通航發動機活塞溫度場和熱應力的初分析
1、分析目的
活塞式通航發動機的活塞屬于高溫部件，在發動機開發過程中活塞的溫度場和熱應力是必須要進行的分析項目。本案例是由于某型通航發動機為實現壓縮比增加而須對其活塞進行熱校核的簡要分析。
2、模型說明
活塞如圖1所示，其材料為BH122A，材料材料如表1所示。
圖1 活塞的三維模型
表1 BH122A材料屬性
3、溫度場分析
欲得到活塞的溫度場，需要知曉活塞的熱邊界條件，一般而言，活塞的熱邊界條件比較復雜，活塞頂部與高溫燃氣直接接觸，裙部與缸套接觸，而底部還有潤滑油進行冷卻。所以，如果要得到活塞準確的換熱邊界，往往需先進行燃燒仿真分析、噴油冷卻分析、活塞動力學分析等一系列分析項目，由于本案例是活塞的初步分析，故而其熱邊界取同排量發動機的經驗值，具體取值如表2所示：
分析計算采用了SimSolid軟件，在SimSolid中施加的活塞熱邊界如圖2所示。得益于SimSolid軟件的無網格技術，在SimSolid中設置好材料和熱邊界（其中絕熱邊界在軟件中設置為熱流為0W/m2）后即能計算，并快速得出結果，得到的活塞溫度場分析結果如圖3所示。最大溫度為352.5℃，未超過材料許用溫度值。
圖2 在SimSolid軟件施加熱邊界
圖3 活塞的溫度場計算結果
3、熱應力分析
在SimSolid軟件添加一個結構線性分析，并將溫度場分析結果加載到活塞上，將活塞銷孔進行約束后進行計算，得到熱應力分析結果如圖4所示。最大應力為23.35MPa，且位于銷孔內，說明最大應力并非來自熱應力，而是因約束引起的應力。
圖4 活塞的熱應力計算結果
4、總結
（1）、由于活塞的熱邊界來自經驗值，并非經過CFD仿真分析后所得，所以溫度和應力的分析結果有待進一步核實、修正。
展開 管道的熱固耦合計算及管道熱應力分析!
圖19 中間平面設置圖
圖20 速度云圖
圖21 壓力云圖
圖22 溫度云圖
六、穩態熱分析
完成流體計算之后，單擊B4 進入穩態熱分析模塊，將流體區域抑制，并將固體區域生成網格，生成方法與之前類似。之后右鍵單擊Imported Load—Insert—Temperature 將流體計算的溫度場導入，在固體域溫度的接受面為固體的內表面，之前已經進行定義，直接選用即可，Cfd surface 選用計算的流固界面溫度。右鍵單擊Imported Load，單擊右鍵菜單的ImportedLoad 導入溫度。
右鍵單擊Steady-State Thermal 插入邊界條件，設置外壁面的對流換熱系數為10W/m2·℃，環境溫度為20℃。設置三個入口的端面溫度與入口流體溫度一致。在solution 中插入溫度和總的熱流量。單擊solve 進行求解。
圖23 流場溫度導入
圖24 穩態熱力學計算結果
七、變形及熱應力分析
雙擊C5 進入靜態結構計算模塊右鍵單擊Imported Load 打開右鍵菜單后單擊ImportedLoad 導入固體域的溫度。右鍵單擊Static Structural—Insert—Fixed Support 給三個入口端面施加固定約束。
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例8---帶孔平板的熱應力分析1
本博文是關于ANSYS與ABAQUS比較之系列博文，本例子使用ABAQUS做熱應力分析，后面會使用ANSYS對同一個問題做熱應力分析。
【問題描述】
一個帶孔平板結構如下圖
該平板上邊沿固定，左右兩邊是滾動支座支撐。該板的初始溫度是25度，現在要求當溫度升高到150度時，板中的應力分布。
已知：材料的彈性模量是2e9pa, 泊松比是0.3,熱膨脹系數是1.35e-5/度。
【問題分析】
1.
分析類型。這是一個平面應力問題，應力的產生是因為溫度的變化導致產生了熱應變，而該熱應變又被約束限制導致熱應力的產生。
2.
非線性考慮。只有一個物體，不存在接觸非線性；沒有材料非線性；沒有幾何非線性。總之，這就是一個最簡單的線彈性分析。
3. 幾何建模。由于該結構左右對稱，只取一半研究。
4.
邊界條件。除了常規的位移邊界條件以外，對該板施加預定義溫度場25度，而在第一個分析步修改該溫度場的溫度為150度。
【求解過程】
1. 創建部件
只取一半建模，它是一個二維的可變形部件。
2. 定義材料屬性
只需要定義彈性模量，泊松比及線膨脹系數。
3. 定義截面屬性
創建均質的實體截面，并將上述材料屬性賦予給它，然后將該截面屬性賦予給前面的部件。
4. 裝配部件
唯一的部件，導入到裝配即可。
5.設置分析步
兩個分析步。
新創建的分析步是最一般的靜力學通用分析步。
6.定義載荷和邊界條件
首先定義位移邊界條件，在初始分析步中，固定上邊，左右兩邊施加X方向的位移限制。
使用預定義場確定溫度。
對整塊板施加25度的初始溫度。
展開 