ansys溫度循環(huán)仿真的案例
循環(huán)工況下冷卻液溫度的仿真分析
模擬車輛在循環(huán)工況下，冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度變化。模型中輸入發(fā)動機(jī)的散熱量的map圖譜、水泵的P-Q特性、散熱器的散熱性能、節(jié)溫器的open特性等，計(jì)算可以獲得系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液的溫度·流量·壓力隨時間變化的曲線（圖中為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)水套水溫、散熱器冷卻液溫度隨時間變化的曲線）
多芯連接器焊接處溫度循環(huán)仿真分析
圖3 B型多芯連接器
2.2 仿真模型信息
兩種不同的多芯連接器焊接到腔體的模型如下，為了提高計(jì)算效率，并未考慮整個腔體結(jié)構(gòu)和其它電路板（筆者私下做過對比，采用整個腔體的模型其計(jì)算結(jié)果和本文相差可忽略，故對模型做了部分切割）。
圖4 A型多芯連接器模型
圖5 B型多芯連接器模型
（1）假設(shè)焊料是均布的，忽略空洞、氣泡的影響，對于Sn63Pb37、Sn96.5Ag3.5焊料，分別采用統(tǒng)一粘塑性Anand本構(gòu)方程，其它材料為線彈性材料，考慮雙線性隨動強(qiáng)化效應(yīng)；
圖6 Sn63Pb37焊料Anand參數(shù)
圖7 Sn96.5Ag3.5焊料Anand參數(shù)
圖8 鋁合金材料雙線性隨動強(qiáng)化模型
圖9 可伐合金材料雙線性隨動強(qiáng)化模型
（2）在瞬態(tài)結(jié)構(gòu)仿真中施加交變溫度載荷，這樣的加載方式忽略了傳熱、對流等因素，即每個時間點(diǎn)上部件均為均勻溫度（若考慮實(shí)際傳熱，則需做瞬態(tài)熱仿真-結(jié)構(gòu)仿真進(jìn)行耦合，本文暫不考慮）；
圖10 溫度沖擊曲線
（3）分析時取模型兩側(cè)的棱邊進(jìn)行線固定約束，分析過程開啟大變形（主要考慮到合金的塑性變形）；
（4）網(wǎng)格劃分時應(yīng)注意，焊料部分由于呈環(huán)狀且厚度較薄，采用掃掠網(wǎng)格（Sweep）劃分，其它區(qū)域采用多域網(wǎng)格（Multi-zone），注意檢查網(wǎng)格質(zhì)量，控制單元長寬比。
3 仿真結(jié)果分析
主要觀察彈性/塑性應(yīng)變、等效應(yīng)力及剪切應(yīng)力。
3.1 A型多芯連接器
對于A型結(jié)構(gòu)，多芯連接器與腔體結(jié)構(gòu)件的配合間隙為0.05mm，即焊料厚度為0.05mm。為了便于與后續(xù)結(jié)果對比，此處提取第三個溫度循環(huán)處的應(yīng)變、受力最大值。
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由于反復(fù)接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環(huán)的作用，因此，焊點(diǎn)處出現(xiàn)裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導(dǎo)
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致故障。
</div><p>本例基于 “非線性結(jié)構(gòu)材料模塊”中的模型 “黏塑性焊點(diǎn)”。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
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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。
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基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
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。
齒輪箱幾何文件+udf+profile文件.rar
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