ansys電熱仿真的案例
干貨 | ANSYS HFSS與Icepak電熱耦合仿真與計算
隨著通信產品小型化、高密化的發展趨勢，越來越多的射頻系統以模塊化的產品形態出現，而高頻性能、熱性能以及結構性能是射頻模塊的重要衡量指標；ANSYS射頻模塊多物理場仿真方案可以協同考慮電磁、熱、結構之間的相互效應和影響，為射頻模塊設計提供一體化仿真方案。本文主要介紹ANSYS HFSS與Icepak軟件進行電磁—熱流的耦合仿真。
在HFSS中計算的金屬層模型表面損耗和介質層模型的體積損耗作為熱源，導入Icepak中進行強迫風冷的計算，使用HFSS與Icepak進行電熱單向耦合計算的流程如圖所示：
1.ANSYS HFSS 的設置與計算
首先使用HFSS對模型進行材料、邊界和激勵條件以及求解條件的設置，計算金屬層模型表面損耗和介質層模型的體積損耗，作為Icepak的熱源。體積功率的損耗，包括具有線性材料特性的物體的歐姆損耗、電介質損耗及磁損耗（需要到物體內部進行求解），其表達式為
表面功率損耗是由所有外在的及內在的表面阻抗邊界條件所引起的，其表達式為
外在的表面阻抗邊界條件包括有限導體邊界條件、阻抗邊界條件、層間阻抗邊界條件、集總RLC邊界條件、不對內部求解的導體。
展開 電纜電熱耦合數值仿真 ￥500
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/ad2e8be310c544538a91afe60e406675.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p>基于COMSOL軟件的電磁-熱多物理場耦合相關模塊，仿真得到電纜的溫度場變化分布云圖和電勢分布云圖，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/e80c1f99d564433fadd843467d3c201b.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>溫度場分布云圖</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/394e583c028c4b25bfb58a15ad8df3cd.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>電勢分布云圖</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 數值仿真結果</strong></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流合作</p>
展開 PCB電熱仿真方法及實例分析
③ 導入CFD模型到FEA求解器中實施最終電熱仿真
FEA求解器的PCB板仿真中，打開之前仿真過設置好的demo.spd文件，在workflow中點擊Set up Thermal Simulation，選擇Generate Simplified CFD Model界面，取消Generate CFD Model的勾選。
選擇Setup Heat Transfer Coefficients界面，使能Use Defined CFD File選項，點擊Browse，指向剛才CFD仿真生成的.cfd文件，點擊Auto-match by Terminal Name，這樣通過CFD仿真得到的、真實準確的換熱系數就應用到PCB和元器件表面作為邊界條件了。
重新仿真，得到的結果如下，因為在機箱中使用風扇冷卻的強制對流，U99的最高溫度降到了59.8℃。
我們通過FEA-CFD電熱仿真方法，FEA和CFD求解器分工合作，分別應用于最適合的場景，實現了PCB在強迫對流下的電熱耦合仿真，精確、高效地模擬熱對流、熱傳導和電熱耦合效應。
本文來自公眾號：封裝與高速技術前沿
展開 Icepak和SIwave電熱耦合仿真
背景介紹
-隨著功率的增大，電熱仿真成為越來越多電子產品的必選項
-其中PCB散熱根據傳統的標準評估基本難以完成設計
-因此站在系統設計的視角，需要將熱耗不斷提升的PCB部分加入到系統評估中
-Icepak，專為電子產品工程師定制開發的專業電子熱分析軟件，使用經典的Fluent做為求解內核
1）在一個界面內完整電熱雙向耦合。
2）SIwave完成直流電磁仿真。
3）Icepak完成系統熱流體仿真。
-通過測試驗證，在自然和風冷散熱下尋找一種精度非常高的手段勢在必行
-在進行仿真工具精度的驗證之前，需要對影響精度的三大條件做基礎研究
-影響電熱仿真的三大基本條件分別是材料的熱導率，基礎電阻率以及實際加工銅厚
PCB的熱量來源
-開關/線性電源模塊
-PCB銅皮
-PCB上安裝的芯片
測試板設置
測試板按照IPC-TM650標準制作
基礎材料測試
仿真設置
環境溫度：25℃。
FR4熱導率：0.448。
銅皮電導率：50438000 S/m，if(Temp<26.2cel,1,1/(1+0.003865*(Temp-26.2))) 。
仿真溫度讀取
Icepak溫度場圖中，通過設置Marker，可以得到任何位置的準確溫度。
自然散熱仿測對比 – 25℃
在環境溫度25℃下，掃描不同的輸入電流，得到每個電流對應的溫升。
展開 
PCB電熱仿真方法及實例分析
保存工程，點擊紅色三角形符合開始仿真，仿真結束可以右鍵Result Summary查看結果。在工程目錄下***_EX_CFD文件夾中會自動生成一個包含強制對流的CFD模型。
③ 導入CFD模型到FEA求解器中實施最終電熱仿真
FEA求解器的PCB板仿真中，打開之前仿真過設置好的demo.spd文件，在workflow中點擊Set up Thermal Simulation，選擇Generate Simplified CFD Model界面，取消Generate CFD Model的勾選。
選擇Setup Heat Transfer Coefficients界面，使能Use Defined CFD File選項，點擊Browse，指向剛才CFD仿真生成的.cfd文件，點擊Auto-match by Terminal Name，這樣通過CFD仿真得到的、真實準確的換熱系數就應用到PCB和元器件表面作為邊界條件了。
重新仿真，得到的結果如下，因為在機箱中使用風扇冷卻的強制對流，U99的最高溫度降到了59.8℃。
我們通過FEA-CFD電熱仿真方法，FEA和CFD求解器分工合作，分別應用于最適合的場景，實現了PCB在強迫對流下的電熱耦合仿真，精確、高效地模擬熱對流、熱傳導和電熱耦合效應。
展開 ANSYS workbench母線板電熱耦合分析 ￥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、學習母線板的三維模型處理
2、學習線性電熱耦合分析步的建立
3、學習母線板電熱耦合分析的載荷施加
4、學習母線板電熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 母線板電熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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新一代電熱耦合仿真平臺AEDT Icepak實操搶鮮體驗
前言
從19版本開始，經典版Icepak的部分功能被集成在Ansys Electronics Desktop界面內，更注重電和熱的耦合，可以在一個界面內完成與HFSS、MAXWELL、Q3D等的雙向耦合分析。其自帶教程波導元件和線圈講解的主要是求解和后處理部分，但限于篇幅對幾何建模部分沒有過多展開。本文分享了近期的操作體驗，并簡略說明了與經典Icepak的不同。
2. 區別于經典Icepak的項目管理
經典Icepak中，每個Icepak任務只保持一個項目在當前界面，如果與HFSS或Maxwell做耦合分析，需要在Workbench平臺內建立數據鏈接。如下圖，AEDT界面內，可以同時打開多個項目(project4和project6)，每個項目內又可以建立多個任務(Icepak6-1，Icepak6-2和maxwell1)。任務可以在不同項目間拷貝粘貼。任務下的幾何元件和屬性，也可拷貝粘貼到同一項目或不同項目內的其它任務。任務間的切換，可以雙擊任務名，也可在主菜單window下選擇。
3. 鋁板傳熱問題的AEDT Icepak和經典Icepak對比
一鋁板，寬60高50厚4，發熱量4W，20度環境溫度下開放空間自然對流散熱。鋁板材料取系統默認AL-EXTRUDED，表面狀態取系統默認Steel-oxidised-surface。不考慮輻射。AEDT Icepak中建模如圖，
重力方向-Y。計算域X向180，Y向240，Z向40，6個面均為opening。網格設置如圖:
生成網格如下圖，單元數14416，可見為非結構化網格。
鋁板的網格見下圖，雖然在前面網格設置中edge的最小單元設為2，但在板厚方向系統自動加密至18個單元，X和Y向單元數分別為10和7。取鋁板中心位置為溫度監測點。
計算在325步時收斂如下圖。
展開 starccm實現COMSOL案例----微執行器電熱耦合仿真
微制動器-電熱耦合仿真.sim
本文是通過starccm軟件來復現comsol中的微執行器案例，進行電熱耦合分析。相應的模型圖如下
對應的電邊界條件：
熱邊界條件：
starccm實現
幾何：
網格：
物理連續體設置：
區域設置：
結果：
溫度分布
軌道電磁炮技術的多場耦合仿真----電熱 結構 溫度耦合
位移和時間的關系
4.電熱、結構和溫度耦合仿真
根據前面的結果可以獲取電磁炮彈的受力以及移動位移和時間的關系，這些數據都是運動相關的結果，那么根據發熱原理，可以知道溫度的仿真需要考慮電流的焦耳熱、摩擦熱、電弧高溫熱、高溫物體熱傳導。這些結果在仿真分析中，我們采用直接耦合的方法來完成，即電熱結構耦合場分析.為了展示動態效果，本次分析采用瞬態分析，查看運動和溫升的過程.
4.1分析模型
仿真模型采用2D模型，并且由于上下對稱采用一半的模型來分析，簡化分析過程和計算時間，模型如圖所示
2D仿真模型
模型網格劃分-對稱顯示
4.2分析單元及材料
在ANSYS中可以完成電熱結構耦合的分析三維的為226單元，二維的分析采用223單元.
材料設定為銅導體，設置材料相應的密度，彈性模量、電阻率、熱傳導系數、比熱容等與電、熱、結構分析相關的物理屬性。
4.3邊界條件的設定
本次瞬態仿真分析考慮的因素較多，因此從以下幾個方面來考慮仿真設置。
（1）材料按照實際情況給定不同的物體。
（2）炮彈和導軌的接觸需要修改相關接觸單元的關鍵字，更改為考慮摩擦，設置摩擦系數0.3；考慮電流的傳導，更改關鍵字考慮電流傳遞；考慮熱量的傳遞，更改接觸關鍵字設置相應的熱阻或完好接觸來傳遞熱量。
展開 【ANSYS線上直播回看】- HFSS 3D與AEDT-Icepak雙向電熱耦合演示
『點擊觀看直播回放』
目前，ANSYS Icepak 分為 AEDT-Icepak 和 Classic-Icepak 兩大版本。作為新一代的電子散熱仿真工具，AEDT-Icepak偏重于電和熱的耦合，也更加適合于電工程師的操作習慣，產品一經推出，便受到了廣大電/熱工程師的歡迎。AEDT-Icepak 2020 R1版本已具備主流模塊的雙向電熱耦合功能，此次分享以 HFSS 與 Icepak 的雙向電熱耦合為例進行演示。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄屏內容，供大家回看學習。
展開 報名抽華為MATE30：ANSYS官方封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析課程
ANSYS官方將特別推出一系列ANSYS網絡研討會，不僅包含ANSYS 2019 R3 新版本功能介紹，同時也包括最新的行業熱點解決方案，ANSYS將與各位深入探討行業熱點趨勢，諸如無人駕駛、PCB結構可靠性、天線設計、數字孿生等等。
在此系列網絡研討會結束后，ANSYS將官方抽取1名幸運者，TA將獲得華為最新發布的Mate 30 1臺！
本期研討會：《封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析（R3新功能）》將于11月5日 20:00-21:00舉辦。
封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析課程
日期/時間
2019年11月5日 下周二
20:00 – 21:00
課程受眾
電子產品散熱設計的企業, 尤其是涉及封裝基板和PCB板
講師簡介
柴輝生
ANSYS Icepak 高級應用工程師
2018年底加入ANSYS公司, 具有多年的電子產品熱仿真和熱設計工作經歷, 涉及的產品包括逆變器, APF, SVF, 電機控制器, 鋰電池包, 雷達, HUD (汽車抬頭顯示器), 電源模塊, 通信機箱, 交換機等.
課程簡介
作為新一代的電子散熱仿真工具, AEDT-Icepak更加偏重于電和熱的耦合, 也更加適合于電工程師的操作習慣, 產品一經推出, 便得到了廣大電/熱工程師的歡迎. AEDT-Icepak 2019R1增加了與HFSS, Q3D和Maxwell的雙向電熱耦合仿真功能, 最新版的2019R3又增加了與3D Layout的雙向電熱耦合.
展開 
【福利】報名抽華為MATE30：ANSYS官方封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析課程
課程簡介
作為新一代的電子散熱仿真工具, AEDT-Icepak更加偏重于電和熱的耦合, 也更加適合于電工程師的操作習慣, 產品一經推出, 便得到了廣大電/熱工程師的歡迎. AEDT-Icepak 2019R1增加了與HFSS, Q3D和Maxwell的雙向電熱耦合仿真功能, 最新版的2019R3又增加了與3D Layout的雙向電熱耦合. 同時, AEDT-Icepak 2019R3 還增加了順態熱仿真功能[Beta], 多頻段的EM Loss耦合功能(HFSS, Maxwell), EM Loss可視化, 及純導熱熱仿真情況下的網格增強功能等。新版本亮點多多，值得期待。
本直播將以講解結合實際操作的方式，介紹AEDT-Icepak 2019R3的主要新功能, 并以實際操作的形式演示PCB板的電熱雙向耦合。
報名方式
手機端請掃描二維碼報名
或者點擊鏈接進行報名：http://event.31huiyi.com/1728174413/index?c=jishulink
展開 ANSYS ACP復合材料鋪層固定機翼蒙皮肋筋仿真，附講解視頻及模型文件 ￥98
概述
本指導文檔旨在幫助新手使用?ANSYS Composite PrepPost（ACP）模塊進行復合材料的分析。本教程以機翼蒙皮為案例，結合本教程，您將學習如何創建復合材料模型、定義材料屬性、設置鋪層、進行網格劃分、施加載荷和邊界條件，并最終求解和分析結果。
2. 操作流程
2.1 幾何處理
1. 幾何導入與處理：
o 在 SpaceClaim 或其他三維軟件（如CATIA、SolidWorks、Inventor等）中對幾何模型進行預處理，確保模型的完整性和準確性。
o 對于機翼蒙皮和肋板等復雜結構，需將蒙皮和肋板分割為獨立的面或體，以便后續定義接觸關系和鋪層順序。在接觸區域（如蒙皮與肋板的連接處），需進行精確的幾何分割，確保接觸面清晰且邊界明確。
o 為了便于共節點識別或接觸定義，可在接觸區域生成輔助線或面，確保網格劃分時節點對齊，避免因網格不匹配導致計算錯誤。
2.2 材料定義
1. 在左側Component Systems找到ACP模塊，拖拽到A模塊下Gometry下，這樣可以利用前面已有的模型。
2. 雙擊E模塊下的model，打開mechanical界面。
3. 在E模塊下雙擊Engenering Data，找到材料數據庫，對模型材料進行設置，添加碳纖維（Carbon Fiber 290）、環氧樹脂（Epoxy Carbon UD 230）和PVC Foa 60材料。
4. 定義材料的彈性模量、泊松比等屬性。
5. 回到mechanical界面，更新材料，確保材料屬性正確加載。
6.
展開 基于Adams與Ansys的噴漿機斷臂仿真分析 附ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型
后臂各鉸點x、y、z方向受力情況
基于Ansys的后臂有限元模型建模及仿真
1.基于HyperMesh有限元模型前處理
為了獲得精度較高的網格，也方便定義后臂材料屬性。本案例中使用HyperMesh對后臂幾何體進行網格劃分。
HyperMesh網格模型
為了方便在對應的鉸點上施加上面得到的Adams仿真分析得到的受力結果，在后臂的鉸座表面處均建立了點網格（MASS21）,并與鉸座表面節點建立起剛性連接。定義點網格質量近似為0，這樣在點網格施加的力可以等效的傳遞到鉸座表面各節點處。
HyperMesh中建立的剛性連接
2.Ansys有限元模型
將HyperMesh建立的網格文件輸出為cdb格式并導入到Ansys中，在油缸鉸座位置設置約束，并在鉸點處分別添加x、y、z方向的作用力。（注意：此時坐標系需要與Adams中是否保持一致）
Ansys 仿真模型
進行上述設置后，進行慣性釋放（Inertia Relif）后進行求解，得到后臂應力仿真分析結果。
后臂應力仿真分析結果
后臂斷裂位置與有限元結果對比
通過對比該公司現場問題斷臂的位置和有限元仿真結果，后臂出現裂縫和斷開位置均位于后臂的T型角處，與仿真應力最大位置一致。
后臂斷裂位置與有限元結果對比
下載地址：ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型建立
展開 ANSYS Workbench汽車防撞梁碰撞仿真，附講解視頻及模型文件 ￥88
ANSYS Workbench防撞梁碰撞仿真指導手冊
本案例文檔，適合本科畢業設計水平，具有極高參考價值，請合理使用文檔。涉及汽車防撞梁結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本手冊旨在指導用戶使用ANSYS Workbench進行防撞梁碰撞仿真分析。通過幾何處理、材料定義、網格劃分、接觸設置、邊界條件定義、計算參數配置及結果分析等步驟，完成從建模到仿真的全流程操作。本手冊適用于結構工程師、仿真分析師及相關技術人員。
2. 幾何處理
2.1 幾何導入
推薦使用SpaceClaim或DesignModeler (DM) 進行幾何前處理，二者在抽殼、幾何修復等操作中效率較高。也可選擇用其他三維CAD軟件（如SolidWorks、CATIA）導入幾何，但需確保導出格式兼容（如.stp、.igs）。
打開Workbench，進入Geometry模塊。右鍵點擊Import Geometry，選擇防撞梁模型文件（如.stp格式）。點擊Generate生成幾何體，雙擊進入該模塊，檢查模型完整性。也可以先打開該模塊，再導入幾何。
2.2 幾何簡化（抽殼）
防撞梁通常采用殼單元（Shell Element）簡化，以減少計算量。
操作步驟：在SpaceClaim/DM中選擇抽殼工具（Thin/Surface）。點擊目標面，設置厚度方向（例如3mm），生成殼模型。隱藏實體模型（快捷鍵F9），僅顯示殼結構。
幾何檢查：切換至線框模式（Wireframe），檢查自由邊（紅色顯示）。
展開 