ansys材料的膨脹分析的案例
ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項目背景
蒸汽發生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉換的試驗裝置，求結構完整性有著至關重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導致結構失效的主要原因之一，因而計算器熱膨脹量至關重要。
2.項目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設計溫度下的熱膨脹量進行計算，為后續驗證換熱器裝置的結構完整性提供依據。
3.理論計算
熱膨脹量理論計算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數，△T為溫差，L為管道計算長度
在本實例中，溫差△T：管側為310℃；殼側為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側為1500mm；殼側為800mm
計算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計算輸入
熱膨脹分析時，僅需要加溫度載荷，同時將框架底部固定約束即可。
展開 對某除塵設備進行有限元熱力分析，使用ABAQUS對整體結構強度及熱膨脹變形值進行分析，指導結構加固及膨脹節選型 ￥15
圖1 袋除塵煙道結構及其支座、除塵器支座設置示意圖
建立模型
由于進氣煙道與殼體之間沒有膨脹節，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經過計算滿足要求，本模型無需建立加強筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設置有膨脹節，故單獨建立出氣煙道模型，如圖3所示。
圖2 建立進氣煙道及除塵器殼體幾何模型
圖3 建立出氣煙道幾何模型
約束條件
進氣煙道支座及除塵器支座約束如圖4所示，其中標記的為固定約束，未標記的除塵器支座及煙道支座均為滑動約束。出氣煙道支座約束如圖5所示。
圖4 進氣煙道及除塵器支座約束
圖5 進出氣煙道支座約束
載荷：
（1）自重；
（2）經過多次計算后得出的進氣煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-15000N，FY=8000N，FZ=-15000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖6所示。
圖6 進氣煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
（3）經過多次計算后得出的煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-33000N，FY=18000N，FZ=-33000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖7所示。
圖7 煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
(4) 袋除塵本體進出口經過多次計算后得出的出氣煙道口載荷限值（方向按照總圖坐標系）：載荷如下：FX=-12210N，FY=9160N，FZ=-12210N，MX=50365N.m，MY=43650N.m，MZ=33575N.m。載荷添加如圖下圖所示。
本體進出口載荷添加
計算結果
展開 知識分享 | 用應變片測定材料的熱膨脹系數
熱膨脹系數的測定
今天我們將介紹如何使用”不匹配”
箔式應變片
來確定
鋁的熱膨脹系數
。
當溫度發生變化時，每個四分之一橋應變片記錄一個測量信號，即“表觀應變”。應變片測量點暴露在溫差Δ?下的表觀應變可描述為：
符號解釋：
εs
應變片的表觀應變
αr
電阻溫度系數
αb
被測物的熱膨脹系數
αm
測量柵絲材料的熱膨脹系數
k
應變片K系數
Δ?
觸發表觀應變的溫差
在HBM所有應變片包裝上，都有一個表觀應變與溫度之間的函數。當然，只有當被測材料的線性膨脹熱系數與應變片組上的數據相匹配時，這些數據才會給出有意義的結果。以下內容適用于：
公式 2
測定線膨脹熱系數 α
如果要測定熱膨脹系數αm，表觀應變可很好地用于此目的。
展開 新材料可在拉伸時膨脹：成本低易制造 前景廣闊
材料在拉伸時變薄、變細，是一個被人們普遍接受的共識。但是利茲大學的研究團隊，剛剛顛覆了我們的現有認識。 由 Devesh Mistry 博士帶領的該團隊，剛剛發明了一種新型合成材料 —— 當被拉伸的時候，它竟然會變得更厚！《自然通訊》上發表的論文指出，這是少數表現出“拉脹”（Auxetics）特性的材料之一。
拉脹材料能在不同方向的拉伸時擴展，而不是收縮。
研究人員將這種奇特的材料，稱作“無孔型液晶彈性體”。擋在水平面上拉伸時，它可以變得更厚。與橡膠、甚至鋼材等傳統材料不同，它不會因為拉伸而變弱，所以非常擅長吸收能量。
研究配圖 - 1：其被稱作“液晶彈性體”（Liquid Crystal Elastomer）
Mistry 博士在一份聲明中稱：“拉脹材料在能量吸收和抗斷裂方面表現出眾，其有許多潛在的應用，包括防彈衣、建筑、醫療設備等。我們已經提交了一項專利，并正與業界討論下一步運用”。
研究配圖 - 3：材料體積守恒與微觀結構應變。
盡管尚未對新材料命名，但其前景已經相當令人興奮。此前，拉脹材料的生產難度和制造成本一直居高不下，但這種新型 LCE 材料更易于生產、且比工程材料更加可靠。
研究配圖 - 6：該 LCE 材料的變形模型
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然通訊》（Nature Communications）期刊上。
展開 
李光林、李良彬、胡金蓮、邰艷龍《Matter》綜述：反常熱膨脹聚合物感知材料與交互器件
TOC 基于反常熱膨脹聚合物網絡的柔性感知及交互系統
隨著生物傳感與人工智能及信息技術的集成，熱響應柔性感知材料與器件在面向國家戰略需求的航空航天和軍事工業，特別是近年來興起的電子皮膚、人工肌肉、可穿戴醫療、軟體機器人、混合現實等眾多民用消費電子領域應用前景廣闊。其中，通過聚合物材料反常熱膨脹行為調控的柔性感知器件研究領域取得巨大進展，但仍缺少全面的理解及系統的總結。基于此，該綜述以差異化感知為突破口，提煉出基于熱膨脹聚合物調控策略的正、負、各向異性、可調控和零熱膨脹等系列化、邏輯性、特征感知單元；歸納相應聚合物材料的設計思路及調控機制；系統總結感知單元在2D響應傳感器、3D到4D響應致動器，柔性不敏感器件等交互系統中的應用進展。此工作從單一感知單元到整體感知系統，從微觀材料調控到宏觀器件響應，將對提高此類材料的基本理解和實際應用具有積極指導意義。
圖1 用于柔性感知器件的反常熱膨脹聚合物、感知單元及膨脹機理
高分子材料由于其各尺度結構的變化，包括微觀分子動能、分子間相互作用、構型與構象轉變、相轉變，到宏觀如折紙、剪紙結構的變化等，使其具備差異性熱膨脹行為（從正到負的熱膨脹系數，圖1)。因此，研究不同結構尺度的調控策略(圖2)對理解作用機理、開發新材料和進一步探索應用具有重要意義。
圖2 不同尺度的熱膨脹系數調控目標及調控策略
對于構筑聚合物超正熱膨脹（如超分子聚合物，~ 980 ppm K-1）、負熱膨脹（如具有DBCOD單元的非晶態聚合物，~ -2,350 ppm K-1），眾多策略已被提出且直接關聯柔性感知（傳感與致動）。
展開 Shrike Zhang教授課題組AHM綜述：工程化可收縮和可膨脹的（生物）材料
犧牲打印紙裝置的制作和膨脹過程
2. 可膨脹材料在藥物遞送中的應用
Wu及其同事開發了一種固定有量子點的混合水凝膠，由殼聚糖-聚甲基丙烯酸組成。該水凝膠在不同的 pH 值下表現出特異性的膨脹性能。這種膨脹現象歸因于內部滲透壓引起的靜電排斥的重新分布。這種混合納米凝膠的相體積轉變行為能夠影響帶電負載劑以不同的 pH值釋放到周圍環境中。同時替莫唑胺作為一種優良的抗腫瘤藥物，在腫瘤部位的酸性條件下比在自然環境中釋放得更快。因此，該遞送系統表現出顯著的抗腫瘤功效，孵育24小時后黑色素瘤細胞的存活率降低了70%以上。此外，錨定在水凝膠鏈上的負載量子點提供了對腫瘤細胞進行生物成像的可能，能夠作為細胞診斷的成功的標志。
圖7. 可膨脹材料在藥物遞送中的應用
3. 基于可膨脹材料的成像技術
與 ImpFab過程相反，Boydon課題組利用可膨脹聚合物從物理上擴展細胞和組織結構，利于細胞和組織的成像，該過程被稱為膨脹顯微鏡 (ExM)。具體的操作分為標記、凝膠化、消化、膨脹和顯微成像。研究結果表明，水凝膠在水中膨脹后能達到4.5倍的線性膨脹。基于最初的ExM方法，還提出了一系列相關的膨脹水凝膠在成像中的應用。例如，蛋白質保留ExM（proExM）將蛋白質錨定到可溶脹聚合物上進行膨脹成像。以及將膨脹顯微鏡應用在原位RNA成像中（ExFISH）等。
圖8. 膨脹成像技術
4.可膨脹材料在4D打印中的應用
受到植物系統的啟發和基于水凝膠溶脹的特性，Lewis課題組探索了打印模擬植物細胞壁的含有纖維素原纖維的水凝膠墨水的可能性。
展開 鋰離子電池膨脹分析
鋰離子電池膨脹分為可逆膨脹和不可逆膨脹：鋰離子的嵌入和脫嵌導致電池材料的膨脹與收縮引起的可逆膨脹；不可逆的反應沉淀物導致電池電極體積增加永久膨脹。實際工程應用中，鋰離子電池內部顆粒膨脹最終表現為宏觀的電芯體積變化，因而可以從電芯層級的膨脹入手，可減小模型的復雜程度。
那么如何測量電芯膨脹？
現階段常規方法是用千分尺測量電芯厚度變化，或者精確一點設備就是激光位移測量。
如何確定電芯膨脹系數？
在很多學者研究中，可將電芯膨脹和熱膨脹類似，因此模擬采用了熱膨脹分析，那么電芯膨脹系數的獲得就是熱膨脹系數的獲得，需要注意的是電芯膨脹包含了鋰離子嵌入負極產生的膨脹和熱膨脹兩方面。涉及內容很多，這里一時說不完。常規的實驗做法是測量電芯在充電在厚度方向的應變，同時觀測電芯溫升，有了這兩方面數據就可以得出等效熱膨脹系數，這是有研究論證的。
涉及學科：要做到精確的電芯膨脹那就涵蓋了電化學、熱、結構這三方面，電化學分析主要分析電芯內部反應變化，可獲得精確熱量分布；熱分析就是要確定電芯溫度分布，電芯實際發熱是不均勻的，特別是成組后；結構分析就是強度這些了
總之，膨脹對現在大容量電芯影響較大，特別是成組后，需要有合適的熱管理和結構防護。
展開 2025大賽優秀作品 | 基于Ansys Fluent的電子膨脹閥空化特性數值與實驗研究
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：基于Ansys Fluent的電子膨脹閥空化特性數值與實驗研究
作者： 張克鵬 | 浙江三尚智迪科技有限公司 技術中心主任
關鍵詞：電子膨脹閥；空化特性；數值模擬；實驗研究；Ansys Fluent；流動噪聲；閥芯結構優化
作者說
Ansys Fluent能提供不同類型流動的求解器以及一系列物理模型，良好的用戶界面提供可視化工具，方便查看分析結果及數據分析。浙江三尚智迪科技有限公司技術團隊在進行產品研發中，Ansys Fluent 軟件的動/變形網格技術可以很好的模擬閥門閥芯在滑動過程的瞬態過程，分析人員只需要指定初始網格和運動壁面的邊界條件，網格變化完全由求解器自動生成。Ansys Fluent獨有的局部網格重構技術可用于非結構網格、變形較大問題以及物體運動規律事先不知道而完全由流動所產生的力所決定的問題。Ansys Fluent 所具有的嵌套網格功能也極大提升了瞬態運動類型問題的分析效率。
在面對復雜流動及傳熱傳質分析問題的過程中，Ansys Fluent 的非耦合隱式算法、耦合顯示算法及耦合隱式算法可以應對各種求解需求。因此，Ansys Fluent 在技術研發過程中，可利用其高效準確的分析能力，大幅度減少物理樣品制作過程、試驗驗證過程以及這期間產生的各種費用成本，真正實現仿真驅動創新的目的。
展開 基于comsol的膨脹石墨+石蠟熱分析
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</div><p><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p> 膨脹石墨作為制造柔性石墨的中間產品，是由天然鱗片石墨經氧化、酸化插層、水洗、干燥、高溫處理而得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質，又名石墨蠕蟲。膨脹石墨不僅具有天然石墨本身的耐熱、耐蝕、導電、導熱、自潤滑性等優良特性，還具有天然石墨不具備的輕質、柔軟、可壓縮、可回彈等性能，因此，在密封領域，膨脹石墨材料具有比石棉、橡膠等材料更優異的性能和用途。用膨脹石墨制成的各種帶、板、片材已廣泛用作石油、化工、電力、冶金、機械、宇航、核工業等行業領域。例如，用膨脹石墨制成的柔性石墨制品被譽為世界“密封之王”，在機械密封領域具有極其重要的地位；膨脹石墨在環保領域可作為吸油材料，用于廢油回收以及廢水治理中的微生物載體；由膨脹石墨制備的石墨散熱板成為取代銅、鋁等傳統金屬材料的新一代散熱基材。此外，膨脹石墨還可用作醫療敷料、催化劑、固定化載體及固體電解液等。
展開 Abaqus熱應力分析和膨脹節應用
本文將用Abaqus Standard演示一個熱分析案例。該分析將含有圓柱形殼體的耦合熱應力問題（例如工廠中使用的承裝高溫流體的管道）。該管道將與一個金屬伸縮接頭連接，這種接頭將用于承受管道的熱延伸。耦合分析的目的是通過預先設置的場來論證結果值的對應關系。
熱和結構域間的耦合計算
Abaqus為分析中的熱和結構域間的耦合計算提供了許多建模方法。
通常會使用兩種方法：
1） 使用耦合溫度-位移元件（SAX2T，S8RT，C3D20RT等），在一次分析中結合熱負荷和位移。
2） 在第一次分析中對結構的熱負荷建模，然后在隨后的應力分析中映射該熱負荷（通過節點溫度，即NT）。
本文將演示第二種方法，在很多情況下，若考慮不同類型負載的所有影響（軸向壓力，環向壓力，熱負荷等），第一種方法可能更可行。
建模假定條件
1） 模型將包含一個圓柱形殼體結構，一個承裝高溫流體的管道。對于這種分析，由于管道內外兩側的溫度差異，所以只考慮熱負荷。管道將被認為具有足夠的剛性，在流體壓力下不會周向變形（在靜態分析只有軸向平移允許的）。
2） 為了經行分析時清晰，使用了圓柱形殼體模型（完整圓柱體）。然而，建議盡可能經常使用軸對稱模型（或者具有適當邊界條件的單個元件）以減少運行時間。
3） 將考慮穩態熱傳導分析。
4） 將考慮靜力通用分析。
5） 膨脹節和流體管的材料是線性彈性的。在現實生活中，材料不一定相同。每種的應用都有所不同，但每當非金屬膨脹節用于低壓應用時，通常比其連接部件更加靈活（橡膠類材料）。
6） 壓力結果以兆帕（Mpa）為單位給出；位移結果以毫米（mm）為單位給出。
本研究中，將進行兩項分析。首先是內部溫度為200攝氏度，外部（環境）溫度為10攝氏度的管道上的熱傳導分析。這種溫差會導致管道沿周向和軸向膨脹。
展開 Moldex3D模流分析之膨脹、FIM發泡設定頁簽
發泡時間持續到冷卻階段結束是理論最大需要的發泡分析時間，而自動決定的發泡時間則會持續到塑件全體低于固化溫度。大致上，越長的發泡持續時間會有更準確的結果但是更久的計算。
Ansys復合材料結構分析總結（分析篇）
復合材料強度準則
復合材料結構的受力及應力應變情況非常復雜，并要考慮各種應力應變的耦合和相互影響，復合材料強度破壞準則基于結構的宏觀破壞，一般來說復合材料的二次蔡-吳強度破壞準則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學出版社出版的蔡為侖先生的《復合材料設計》這一本書。
3． 復合材料結構剛強度分析
一般說來，復合材料結構總是受到空間力的作用，其應力分布是三維的，因此，復合材料結構的剛強度分析一般不宜采用復合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內的應力和橫向剪切應力，而忽略法向應力），同時，對于簡單的結構（如板、殼），可以得到彈性力學的一般解，而對于大多數結構來說，則必須用數值的方法計算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序對復合材料進行剛強度分析的步驟如下：
（1） 建立結構的幾何模型
由于復合材料分析單元一般都是六面體單元，因此，在建立幾何時要特別考慮到網格劃分的方便。
（2） 建立材料模型
根據復合材料材料參數建立單向復合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強復合材料，有兩種建立方法。
a. 若選擇單元為各向異性單元，則根據單向復合材料的剛度矩陣或柔度矩陣建立各向異性材料模型；
b. 若選擇層合單元，則可以建立相關的材料模型，如單向復合材料則可以建立正交各向異性材料模型
（3） 選擇單元類型并設置相關屬性
根據結構特征和計算要求，選擇不同的單元類型并設置單元屬性（各種單元的選擇依據請參考概述篇或ANSYS幫助文件）
（4） 網格劃分
在建立的幾何實體上進行網格劃分，對于復合材料，選擇六面體三維實體單元，定義單元屬性，分別指定不同的材料屬性，并保證材料坐標一致，運用有限元網格生成器進行網格劃分。
（5） 定義邊界條件
根據實際情況定義邊界條件。
展開 針對某袋除塵器整體進行ABAQUS有限元分析，考慮九項載荷工況，分析設備靜應力、熱應力、變形及熱膨脹數值 ￥15
某袋除塵殼體結構選型如下：
箱體板厚5mm
箱體角柱：角鋼L90*56*8
箱體加強筋：角鋼L90*56*6
花板厚6mm
花板下加強筋：橫向為扁鋼80*6，縱向為扁鋼100*6
箱體中間支撐管：鋼管Φ60*5
圖1 袋除塵殼體結構示意圖
2、 建立模型
按照殼體結構示意圖建立幾何模型如圖2所示。
圖2 建立幾何模型
三、約束條件及載荷
立柱底部約束如圖3所示。
圖3 立柱底部邊界約束
載荷：
（1）自重（軟件考慮）；
（2） 頂部載荷：檢修載（按400kg/m2）；
（3） 花板處載荷：濾袋、濾籠、濾袋積灰（積灰厚度按5mm）共3.06t；
（4） 灰斗積灰重：滿灰9.6t；
（5） 保溫載荷：按25kg/m2；
（6） 負壓11000Pa或正壓8000Pa兩種工況分別施加；
（7） 煙道及檢修平臺載荷：上煙道（出氣端）900kg，下煙道（進氣端）
400kg，上中下三層檢修平臺檢修載荷均為400×2.85×3.25=3705kg。
注：此項載荷殼體和鋼支架各占一半。
（8） 灰斗卸灰口載荷（方向按照幾何模型坐標系）：FX=4700N，FY=3500N，FZ=-4700N，MX=3690N.m，MY=4800N.m，MZ=5540N.m。
（9） 頂部牛腿處檢修荷載：單個牛腿處載荷為1t，頂板為260×260，轉化為面壓添加，面壓為1×10×1000/260/260=0.148N/mm2。
下圖4所示為載荷添加圖示：
（a）負壓11000Pa （b）正壓8000Pa （c）花板處載荷
展開 基于comsol的電芯電化學充放電膨脹分析
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鋰離子電池從理論上來講可以認為是一個濃差電池，正極和負極之間交替處于富鋰和貧鋰狀態，利用正負極之間的電勢差驅動鋰離子電池在正負極之間移動，從而達到儲存電能和釋放電能的目的。但是在Li+嵌入和脫出正負極材料的過程中，會導致活性物質發生體積膨脹，從而在鋰離子電池內部產生應力，特別是在嵌鋰不均勻時，不同嵌鋰狀態的活性物質會產生不同的應變，因此導致顆粒內部產生極大的應力，導致顆粒產生裂紋和容量衰降。
由于鋰離子電池是一個封閉的體系，我們難以對正負極材料嵌鋰過程中的反應進行直接的觀測，因此建模也就成了了解鋰離子電池內部反應機理最為有效的方式。
展開 基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析 ￥20
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析
首先需要葉片的截面輪廓
本文原始數據將風機葉片三維模型獲取了90多個截面輪廓，最后根據實際需要，利用C#軟件編程，獲取了其中32個風機復合材料葉片輪廓點。然后再利用ansys的spline功能連線，spline連點有上線，葉片中間還有加復合材料的加強筋，所以建模時需要考慮清楚連點的個數。
再利用askin功能，兩條線之間連成面。
再由線形成面。
利用shell281單元，設置保存每層的值。
新建復合材料屬性，各向異性。
自由網格劃分，約束，求解前十階模態，
第1階模態振動
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