ansys瞬態(tài)溫度仿真的案例
ANSYS Workbench連桿瞬態(tài)動力學(xué)仿真 ￥19.89
</p><p>體積荷載：指作用在結(jié)構(gòu)體積內(nèi)部或物理場區(qū)域內(nèi)的荷載，如溫度變化或重力場。</p><p>慣性荷載：考慮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和慣性效應(yīng)，如地震荷載或加速度。</p><p>在施加荷載和定義問題參數(shù)后，必須進(jìn)行核查，確保所有設(shè)置正確無誤。然后，使用有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，得到模型的響應(yīng)。</p><p>（3）后處理（Post-processing）：</p><p>求解完成后，進(jìn)入后處理階段，這一階段的目的是分析和解釋求解結(jié)果。后處理可以分為兩類：</p><p>一般后處理：允許工程師在特定時間點(diǎn)查看整個模型的模擬結(jié)果，包括應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)的分布。</p><p>時間歷程后處理：用于在不同時間點(diǎn)或荷載步驟下查看模型的模擬結(jié)果，這有助于理解模型隨時間的動態(tài)行為。</p><p>通過后處理，工程師能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足性能要求，檢查潛在的弱點(diǎn)，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。這一階段對于確保產(chǎn)品的安全性和可靠性至關(guān)重要。</p><p>5 連桿瞬態(tài)動力學(xué)分析</p><p>5.1 瞬態(tài)動力學(xué)基本理論</p><p>瞬態(tài)動力學(xué)分析是一種用于計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨時間變化的載荷作用下的動力學(xué)響應(yīng)的方法。在Ansys中，這種技術(shù)可以用來計(jì)算結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷下的位移、應(yīng)變和應(yīng)力隨時間的變化。在進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析時，需要考慮慣性力和阻尼的影響，這些因素與載荷和時間的相關(guān)性有關(guān)。如果不考慮慣性力和阻尼，則可以使用靜力學(xué)分析來代替瞬態(tài)動力學(xué)分析。對于線性結(jié)構(gòu)，它的瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程如下：</p><p><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態(tài)疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程。而模態(tài)疊加法則使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換解耦后開始求解。
展開 CREO ANSYS Simulation 旋流分離器的穩(wěn)態(tài)仿真和瞬態(tài)仿真的區(qū)別
對于流體在旋流分離器內(nèi)的仿真工作，要根據(jù)實(shí)體工件設(shè)計(jì)目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內(nèi)部流體所表現(xiàn)出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩(wěn)態(tài)較合適，穩(wěn)態(tài)模式主要研究流體達(dá)到穩(wěn)定的“常態(tài)”之后所表現(xiàn)出來的物理特性。不考慮流體達(dá)到穩(wěn)定之前的過程，即與時間無關(guān)。如上圖，旋流分離器內(nèi)的流體是穩(wěn)定的流動狀態(tài)，無論何時，狀態(tài)一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質(zhì)量（密度&體積），與“流線”中無質(zhì)量的“粒子”有本質(zhì)的區(qū)別）。穩(wěn)態(tài)的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產(chǎn)生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠(yuǎn)達(dá)不到常態(tài)的穩(wěn)定。所以仿真模式必須使用瞬態(tài)。瞬態(tài)仿真是建立在時間節(jié)點(diǎn)上的仿真，其仿真結(jié)果第一要素是時間。
瞬態(tài)仿真結(jié)果，假設(shè)，自0開始，第0.1秒結(jié)果、第0.2秒結(jié)果，第0.3秒結(jié)果... ..第1秒......第3秒，共計(jì)30個結(jié)果連續(xù)在一起，形成時間連續(xù)的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態(tài)仿真結(jié)果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達(dá)3秒種的，相對質(zhì)量高的動畫，應(yīng)該如何調(diào)整瞬態(tài)仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩(wěn)態(tài)下仿真粒子的運(yùn)動呢？手拿第六個籠包糾結(jié)了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩(wěn)定狀態(tài)。
展開 AnsysWB-手機(jī)跌落瞬態(tài)仿真 ￥10
AnsysWB-手機(jī)跌落瞬態(tài)仿真
ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動力學(xué)仿真
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總結(jié)
ANSYS Workbench對齒輪進(jìn)行動力學(xué)仿真是非常方便，包括接觸的設(shè)置、轉(zhuǎn)動副的設(shè)置等都非常方便。如果計(jì)算不收斂時，主要通過調(diào)試網(wǎng)格質(zhì)量、接觸算法、載荷施加的方式等；再者就是裝配體模型一定不要有干涉。還有就是由于齒輪的瞬態(tài)動力學(xué)計(jì)算量較大，可以仿真轉(zhuǎn)動兩三個齒即可，為提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，可以將這兩三個齒進(jìn)行網(wǎng)格局部加密，以便更加接近真實(shí)解。
源自CAE集中營
Ansys EMI 瞬態(tài)聯(lián)合仿真方法
Ansys Circuit，類似SPICE的電路求解器，利用HFSS模型和真實(shí)的激勵模式進(jìn)行瞬態(tài)仿真。仿真結(jié)果在HFSS中進(jìn)行回饋，以計(jì)算最終電磁場。
圖7：STMicroelectronics中使用的ANSYS電磁干擾流
在上述兩種工具中進(jìn)行的時域和頻域仿真都需要再現(xiàn)真實(shí)的電磁干擾場。如圖7所示，Ansys EMI電磁干擾流確保了數(shù)據(jù)交換（端口級的S參數(shù)模型和頻譜）的自動化。 該方法的發(fā)展在于找到最佳設(shè)置，以獲得預(yù)期精度內(nèi)的結(jié)果，并限制仿真時間。從這個角度來看，降低HFSS中的模型復(fù)雜性至關(guān)重要（圖8）。已開展的調(diào)查確定了適當(dāng)?shù)那懈铋g隙規(guī)則。仿真的基本參數(shù)包括結(jié)構(gòu)周圍的包圍盒類型和尺寸、端口類型、寬帶S參數(shù)建模的掃頻、網(wǎng)格設(shè)置和收斂準(zhǔn)則。
圖8：HFSS 3D結(jié)構(gòu)仿真
HFSS S參數(shù)模型鏈接在電路環(huán)境內(nèi)部，并在原理圖中實(shí)例化（圖9）。請注意，默認(rèn)情況下，S參數(shù)模型會在類似SPICE的模型中自動轉(zhuǎn)換。端口激勵由IBIS格式的驅(qū)動程序設(shè)置，使用偽隨機(jī)位序列(PRBS)來再現(xiàn)真實(shí)的用例。在運(yùn)行仿真之前，原理圖應(yīng)完整，包括具有足夠精度的模型。此外，時間步長和停止時間等參數(shù)是非常重要的，因?yàn)樗鼈冇糜谕ㄟ^FFT生成端口級的頻譜。分辨率帶寬(RBW)與停止時間相關(guān)聯(lián)，帶寬(BW)可受時間步長限制。
圖9：HFSS模型在電路Circuit環(huán)境下的原理圖
例如，15位長度的PRBS每45.32 kHz產(chǎn)生次諧波。由于在這種情況下所需的最小頻率是第一次諧波的頻率，因此時域激勵的采樣頻率必須更小。第一次諧波值的四分之一在此約束與瞬態(tài)仿真持續(xù)時間（采樣頻率=11.33kHz=>停止時間=88.33μs)之間提供了很好的折衷。
展開 ANSYS Fluent 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬態(tài)流場仿真
王鑫鑫
安世亞太沈陽分公司
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計(jì)算齒輪泵工作過程中的性能參數(shù)，本文僅以內(nèi)嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進(jìn)行流場仿真計(jì)算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網(wǎng)格？
3）動網(wǎng)格如何設(shè)置？
下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實(shí)現(xiàn)齒輪泵動態(tài)流場的仿真。
大咖慧齒輪箱仿真專題
11月16日-18日
11月16-18日，安世亞太大咖慧推出齒輪箱仿真專題培訓(xùn)，內(nèi)容包含：Recurdyn齒輪嚙合分析、無網(wǎng)格液體流動仿真軟件Particleworks介紹及案例演示、齒輪泵動態(tài)流場仿真分析課程介紹介紹。（報(bào)名方式見底部）
本文所
選取的實(shí)例模型如圖1所示，主要包含內(nèi)齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
展開 使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進(jìn)行瞬態(tài)仿真 ￥10
使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進(jìn)行瞬態(tài)仿真。湍流模型采用 SST。同時包含 CFX 定義文件。
AnsysWB-易拉罐壓碎瞬態(tài)動力學(xué)仿真 ￥10
汽水易拉罐壓碎仿真模擬
干貨 | ANSYS瞬態(tài)CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
但實(shí)際中，由于物體運(yùn)動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現(xiàn)象都是隨時間變化而變化的，這就必須進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計(jì)算量，我們采用2D模型來分析。由于康達(dá)效應(yīng)的影響，入口射流會有偏向一側(cè)曲面的趨勢，而結(jié)構(gòu)又是對稱的，因此射流一開始會隨機(jī)偏向任意一側(cè)。當(dāng)流體偏向某一側(cè)的時候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進(jìn)行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點(diǎn)是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實(shí)際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時刻的物理狀態(tài)，對于流動內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設(shè)定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設(shè)置的過程求解出一個穩(wěn)態(tài)解。
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但實(shí)際中，由于物體運(yùn)動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現(xiàn)象都是隨時間變化而變化的，這就必須進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進(jìn)行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計(jì)算量，我們采用2D模型來分析。由于康達(dá)效應(yīng)的影響，入口射流會有偏向一側(cè)曲面的趨勢，而結(jié)構(gòu)又是對稱的，因此射流一開始會隨機(jī)偏向任意一側(cè)。當(dāng)流體偏向某一側(cè)的時候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進(jìn)行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點(diǎn)是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實(shí)際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時刻的物理狀態(tài)，對于流動內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設(shè)定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設(shè)置的過程求解出一個穩(wěn)態(tài)解。
展開 Ansys Lumerical | 光纖布拉格光柵溫度傳感器的仿真模擬
步驟2:EME-計(jì)算光柵的溫度相關(guān)透射/反射響應(yīng)
我們分析了光柵在多個周期內(nèi)的透射/反射值，模擬區(qū)域中只包括光柵的單個周期，但通過使用“周期性”和“波長掃描”特征可以獲得長光柵的寬帶響應(yīng)。然后，我們掃描溫度，并將傳輸/反射響應(yīng)導(dǎo)出為S參數(shù)，S參數(shù)可用于隨后的電路模擬。
布拉格波長與溫度的關(guān)系如圖顯示，相對于室溫下的值，其在1.000攝氏度時偏移15.6納米。
還可以得到光柵在給定溫度范圍內(nèi)的靈敏度。靈敏度定義如下：
考慮到參考文獻(xiàn)中缺乏有關(guān)材料的信息，模擬的靈敏度（9.4 pm/℃）與公布的結(jié)果(7.2 pm/℃)存在差異。這種差異可能主要來自材料參數(shù)的差異，而參考文獻(xiàn)中并未完全提供這些參數(shù)。
該腳本還提取與溫度相關(guān)的S參數(shù)，并將其保存為S參數(shù)文件格式（fbg_S_param_T.dat），以便在下一步進(jìn)行 interconnect 電路模擬。
步驟3：INTERCONNECT-光子電路模擬
使用光學(xué)時間調(diào)制 S 參數(shù)元件將與溫度相關(guān)的S參數(shù)導(dǎo)入 INTERCONNECT，用于模擬 FBG 溫度傳感器。我們掃描溫度并測量傳感器在不同溫度下的反射光譜。當(dāng)需要附加 PIC 元件對 FBG 的整體性能的影響時，該電路模型仿真是有用的。
FBG 溫度的電路模擬需要三個要素：
1、光網(wǎng)絡(luò)分析儀（ONA），既可作為光源又可作為檢測器。
2、代表 FBG 溫度傳感器的光學(xué)時變 S 參數(shù)元件。
3、用作溫度控制器并連接到 FBG 溫度傳感器元件的直流電源。
下圖為電路仿真的原理圖設(shè)計(jì)。按下運(yùn)行按鈕，模擬將計(jì)算溫度傳感器在25°C室溫下的反射光譜。
展開 
基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
圖23 觀察甩油情況
圖24 初始時刻流場
圖25 0.015s流場
圖26 0.03s流場
圖27 0.06s流場
在fluent中最好根據(jù)想要的時間間隔設(shè)置每隔N步自動保存結(jié)果，這樣在后處理中有充足的結(jié)果可用，不會出現(xiàn)瞬態(tài)分辨率過低的情況，即時間跨度過大。
仿真步數(shù)可以自行選擇，這里選取了前600步的狀態(tài)進(jìn)行分析。由于步數(shù)大少，大齒輪處在油浴當(dāng)中，溫升小，因此觀察小齒輪，溫度攀升較快。
圖28 0.18s溫度云圖
圖29 0.36s溫度云圖
圖30 不同轉(zhuǎn)速溫升對比
通過仿真可以對比不同轉(zhuǎn)速下，小齒輪的溫升狀況。實(shí)際上轉(zhuǎn)速決定了：
生熱量，通過公式計(jì)算；
甩油程度。
在fluent中甩油的程度對溫度變化有一定影響，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠大的時候，這個影響又變得不那么明顯。因此兩條曲線的形狀是相似的，只是單純的受到發(fā)熱量的支配。如果是低速重載情形，轉(zhuǎn)速很低（本例未包含），比如10rpm，這時候甩油困難，齒輪可能會發(fā)生膠合。
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結(jié)語：
由于解析方法計(jì)算齒輪減速器溫度場時的復(fù)雜性，往往需要對模型進(jìn)行大幅簡化，難以得出精確解。針對此問題，本例使用仿真方法計(jì)算瞬態(tài)溫度場，可以有效捕捉輪齒與油液的接觸細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了在精確仿真流場的前提下，油氣與齒輪固體共軛傳熱區(qū)域的實(shí)時更新。但同時也存在對流換熱系數(shù)不準(zhǔn)確，內(nèi)嵌傳熱算法換熱值不精確的弊端。
這個案例很長，對fluent的多相流、動網(wǎng)格等等復(fù)雜模型都有涉及，希望看完帖子能讓大家有所收獲！仿真用到的幾何文件、udf文件、運(yùn)動profile文件都在附件中。
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