ansys激光晶體熱分析的案例
用于仿真和分析激光晶體封裝技術中誘導應力的方法
POL RIBES-PLEGUEZUELO,1,2，*SITE ZHANG,2ERIK BECKERT,1 RAMONA EBERHARDT,1FRANK WYROWSKI,2AND ANDREAS TüNNERMANN1,2
1 Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF, Albert-Einstein-Str. 7, 07745 Jena, Germany
2 Institute of Applied Physics, Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena, Germany *pol.ribes@iof.fraunhofer.de
摘要
提出了一種用來仿真激光晶體封裝技術中的誘導應力的方法，并對激光腔內部的雙折射效應進行研究。這種方法已經由軟件ANSYS 17.0通過熱機械仿真來實現。ANSYS的結果稍后被導入到VirtualLab Fusion軟件中，這款軟件按照波長及偏振性對輸入輸出光束進行分析。研究是建立在一種用于玻璃或晶體光學封裝中低應力焊接技術，也被稱作焊機泵浦技術的背景下。分析結果表明對于由釔鋁石榴石活性激光晶體構建的激光腔，二次諧波發生器β-鋇硼酸鹽，以及由低應力焊機泵浦技術組裝的熔融石英的輸出激光鏡來說，輸入及輸出激光光束幾乎沒有差異。
展開 干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應力仿真應用
移動熱源載荷施加
對流邊界條件
求解可知，激光焊接過程的溫度分布以及大于500度以上的熱影響區域如下圖所示。
激光焊接過程的溫度分布
大于500度以上的熱影響區域
2.激光焊過程熱應力分析
進行瞬態熱分析—靜態結構分析的順序耦合分析，將瞬態熱分析獲得的溫度分布數據，傳遞到結構模塊模擬激光焊接過程的熱翹曲、熱變形現象。
激光焊接熱應力仿真流程
支撐條件與溫度導入如下：
溫度數據導入
應力與接觸狀態（焊接緊固狀態）變化如下：
結構應力與焊接緊固狀態
3.總結
ANSYS Workbench界面可以很方便的進行移動熱源瞬態熱分析，可以考慮實際焊接過程中結構連接狀態與高溫融合等因素的影響，解決焊接過程的溫度場與熱應力計算，為設計和工藝提供可靠的數據參考。
展開 激光【熱-應力】分析
激光 高斯熱源 溫度場 應力場 生死單元
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RP 系列激光分析設計軟件 | 如何處理仿真中的熱透鏡效應
在許多激光器或放大器設備中，熱透鏡起著重要的作用，因此應該在數值模擬中加以考慮。
在本文中，我首先簡要描述了熱透鏡的來源，然后向您展示如何在我們的軟件中處理這種效應。
什么是熱透鏡？
當激光增益介質(例如激光晶體)被泵浦時，通常會產生一些熱量，這些熱量隨后需要通過熱傳導帶走。因此不可避免地會在增益介質中形成溫度梯度。形成激光的熱透鏡效應與以下物理機制相關:
折射率與溫度相關。
晶體內部的機械應力也會改變折射率(光彈性效應)。
此外，機械應力會導致端面凸出，使激光晶體具有透鏡的形狀。
在一般情況下，首先提到的影響因素往往是最主要的。下圖顯示了一般情況下數值計算的溫度曲線。
圖1:模擬端面泵浦Nd:YAG棒的橫向泵浦強度分布(紅色)和熱分布(藍色)。溫度分布僅在晶體中心附近近似為拋物線，因此光束半徑等于泵浦光束半徑的激光模式將產生一些像差。
諧振腔設計中的熱透鏡效應
我們的諧振器設計軟件RP Resonator基于ABCD矩陣算法計算激光諧振腔的模式特性。(準確地說，它使用一種擴展矩陣(ABCDEF矩陣)來處理錯位影響，但這與我們的上下文無關。)
這里，只能處理拋物線形狀的透鏡效應，即沒有球差的透鏡效應。軟件可以很容易地定義熱透鏡效應的分布，例如，激光晶體被定義為一個“棱鏡”，因此可以指定參數n2，它是折射率的徑向相關性的二階系數:n(r)= n0-0.5n2r2 。 這個參數可以簡化為熱透鏡的屈光度除以晶體長度。 屈光度可以從別處得知，或者至少在簡化的情況下，可以用簡單的公式從耗散功率密度計算出。 一種常見的情況是提供一根至少在激光束體積內被均勻泵浦的圓柱形棒。
原則上，也可以將具有一定屈光力的薄透鏡插入到激光晶體的左側或右側，或者當將激光晶體分成兩部分時，插入到激光晶體的中間。
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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 ansys18.2焊接過程分析瞬態熱分析熱應力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動熱源通過插件實現
Ansys Zemax | 大功率激光系統的 STOP 分析（四）
在運行代碼的過程中將顯示附加數據的狀態：
結論
我們已經成功仿真了激光光束穿過光學系統時的吸收情況，并生成了吸收通量數據的文件。該數據與完整光機系統的模型相結合，可以為 FEA 工具中的結構分析和熱分析提供輸入。在下一篇文章中，我們將演示如何使用 STAR 模塊獲得結構分析和熱分析的輸出，并導入到 OpticStudio 中。
Ansys Zemax | 大功率激光系統的 STOP 分析（五）
大功率激光器廣泛用于各種領域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應，將導致在光學系統中由于激光能量吸收所產生的影響也顯而易見，大功率激光器系統帶來的激光能量加熱會降低此類光學系統的性能。為了確保焦距穩定性和激光光束的尺寸和質量，有必要對這種效應進行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應力和熱彈性效應造成的結構形變。本篇是這個系列的最后一篇內容。（聯系我們獲取文章附件）
使用 STAR 模塊分析 STOP 效應
在您的 FEA 軟件中完成結構與熱分析后，可將數據導出為一系列簡單的文本文件，以便利用 STAR 模塊導入到 OpticStudio 中。在這篇文章中，我們將演示如何執行完整的 OpticStudio 分析，以幫助您量化和了解系統光學性能的影響。有關所需 STAR 數據格式的完整詳細信息，請參閱 OpticStudio 幫助文件 STAR 選項卡> FEA 數據組>加載 FEA 數據章節。對于 Ansys Mechanical，有 ACT 擴展可用于以正確格式自動輸出數據。
在 OpticStudio 中加載和擬合 FEA 數據
1 首先，我們打開文章下載附件中的 ‘Lens-3P_D25.4_2022.zar’ 文件，這是系列文章第一篇中介紹的原始序列模式光學系統。我們將在 STAR 模塊上應用來自 FEA 工具的結構和熱數據，并評估其對名義光學系統性能的相關影響。
2 如果要加載 FEA 數據，我們點擊 STAR…FEA數據…加載FEA數據（STAR…FEA Data…Load FEA Data），瀏覽到對應數據文件位置，選擇全部相關文件，并點擊 打開（Open）。
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統的 STOP 分析1：如何使用 OpticStudio 優化光學設置
大功率激光器廣泛用于各種領域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應，將導致在光學系統中由于激光能量吸收所產生的影響也顯而易見，大功率激光器系統帶來的激光能量加熱會降低此類光學系統的性能。為了確保焦距穩定性和激光光束的尺寸和質量，有必要對這種效應進行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應力和熱彈性效應造成的結構變形。
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聯系工作人員獲取附件
激光導致的熱效應
通常情況下，OpticStudio 將使用熱分析（Make Thermal）工具對熱效應進行建模。該工具可在不同溫度下設置系統的多重結構，以允許分析性能隨熱變化而引起的變化。但是，該熱分析工具有一定的局限性。首先，分析中假設在整個元件上指定的溫度是均勻的；其次，分析將僅基于材料的CTE，以線性方式模擬熱膨脹和熱收縮情況。這是一種非常簡化的方法，沒有考慮光學元件中的溫度梯度分布所導致的性能下降。此外，它也無法精確地仿真光學元件的形狀變形，相反結構變形將簡單地近似為由于加熱而導致的曲率半徑均勻平滑。
OpticStudio 的 STAR 模塊則可以完全解決這些局限性問題，它可提供一種將 FEA 分析數據結果直接集成到OpticStudio 中進行擬合的新功能，具有無與倫比的易用性和準確性。這有助于更全面地研究激光加熱效應引起的熱變形和結構變形所帶來的影響。
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統的STOP分析2：如何進行光機械設計準備
大功率激光器廣泛用于各種領域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應，將導致在光學系統中由于激光能量吸收所產生的影響也顯而易見，大功率激光器系統帶來的激光能量加熱會降低此類光學系統的性能。為了確保焦距穩定性和激光光束的尺寸和質量，有必要對這種效應進行建模。
在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應力和熱彈性效應造成的結構變形。
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光機械設計準備
光學設計完成后，下一階段就是為光學元件創建機械封裝。除了提供光學系統的保護和布局安裝外，透鏡和反射面的安裝設計還將引入機械導入光源。此外，這些機械元件還可以作為散熱器，為光學元件散熱。我們將在稍后的過程中探討這兩個問題，但現在我們將專注于光機械設計。OpticStudio 和 OpticsBuilder 之間的交互可大幅簡化這一過程。Prepare for OpticsBuilder 工具能導出光學系統，且導出格式方便光機工程師直接在他們的 CAD 工具中打開系統，其中包含創建光機系統所需的所有信息。
光機械系統整體創建完成后，整個設計便可以輕松導出到 OpticStudio 非序列模式。OpticStudio 非序列模式能夠將每個物體視為探測器，以計算系統中每個光學器件和機械表面上的吸收通量。額外的探測器可以記錄鏡頭體內的吸收通量。當激光以光束的形式在系統中傳播，我們可以記錄它們與元件的每一次相互作用。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys電子產品熱可靠性分析解決方案
『點擊觀看直播回放』
根據權威機構統計，電子產品的失效有55% 是跟溫度相關的，因此熱可靠性分析對于電子產品來說至關重要。如何準確地獲取溫度是熱可靠性分析的前提，Ansys Icepak 的多物理場解決方案具有獨特的優勢。
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播內容，供大家回看學習。
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立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術”圖片作品大賽，讓您有機會充分發揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
『或點擊此處進入報名通道』
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Ansys 熱分析
剛剛報道
做點貢獻
熱分析.part01.rar
熱分析.part03.rar
熱分析.part04.rar
熱分析.part05.rar
ANSYS燈具散熱殼穩態熱分析-主分析文件
在200℃及以上的熱導率是170W/m^2*K。
環境一：
設定環境溫度40℃，自然對流系數25W/m^2*℃。自然散熱面是去掉內側面的所有外側面。
發熱量在10個小燈珠區域，總計設為500W。熱對流只設置在外表面。對流系數25W/m^2*℃。
劃分網格，求解最高溫度。
初始溫度Initial temperature溫度設為22℃或者40℃結果最高溫度是130℃。
按照氣體強制對流設置參數80W/m^2*℃，結果最高溫度在75℃。
強制對流，發熱功率20W，最高溫度54℃。
自然對流，發熱功率20W，最高溫度76℃。
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結構二：
散熱貼緊面厚度從1.5mm增長到3慢慢厚，得出的計算結果。
最高溫度143℃（溫度增長13℃）。
設置氣體強制對流系數80W/m^2*℃，最高溫度為85℃。
展開 Ansys Fluent熱分析專題培訓
【培訓講師】 上海安世亞太熱分析技術專家
【培訓時間】 2023年3月22日~3月24日
【培訓費用】 4500元/人
【培訓等級】 中級
【培訓地點】 上海安世亞太公司，上海市浦東新區平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓（地鐵6/8/11號線東方體育中心站4號口出）
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經驗豐富，精準匹配行業
—— 理論與上機結合，教學質量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業履歷
【培訓日程】
第一天上午:
幾何建模功能介紹
幾何修復介紹
CFD仿真前常用功能介紹
SpaceClaim網格功能介紹
案例練習
第一天下午:
Fluent網格功能介紹
Fluent網格策略
Fluent全局/局部網格設置方法
案例練習
第二天上午:
Fluent物理模型介紹
求解器設置介紹
求解案例練習
第二天下午:
瞬態仿真設置介紹
參數化建模介紹
案例練習
第三天上午:
傳熱學基本原理與傳熱方式介紹
傳熱模型介紹
第三天下午:
湍流模型介紹
多相流介紹
案例練習
【報名方式】
關注上海安世亞太微信公眾號
回復【JS三月】即可報名
【小貼士】
本次課程有上機操作環節，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數超額，則需部分學員攜帶自己的電腦，我們會為您裝好試用軟件。
本次課程含工作午餐，不含其他食宿費用。
關注“上海安世亞太”微信公眾號，掌握最新資訊。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的結構熱耦合分析之摩擦生熱案例（附：源文件和視頻教程）
目前，ANSYS Workbench 中還不能直接完成所有的直接耦合場分析，但Workbench提供了添加命令流的方法，可以幫助用戶完成此類耦合分析項目，對于熟悉APDL語言的使用者而言，可以融合Workbench平臺和APDL的優勢完成數值分析。
本篇文章講解，如何在ANSYS WORBENCH環境通過插入命令流的方式來改變單元類型以完成結構熱耦合分析（以兩個2D矩形塊摩擦生熱為例來進行講解）
01
問題描述
在一個定塊上，有一個滑塊。在滑塊頂面上施加一垂直于表面指向定塊的10MPa的分布力系。現在滑塊在定塊表面上滑行3.75mm，欲求解因摩擦而產生的熱量，并計算滑塊和定塊內部的溫度分布和應力分布。
定塊的尺寸：寬5mm，高1.25mm，厚1mm
滑塊的尺寸：寬1.25mm，高1.5mm，厚1mm
02
問題分析
關鍵技術分析：
此問題屬于摩擦生熱，不能夠使用載荷傳遞法，而只能使用直接耦合法。這就是說，只能用一個耦合單元來計算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
（1）使用瞬態結構動力學分析系統
（2）在該系統中更改單元為PLANE223，它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結構-熱分析功能。
（3）定義兩個載荷步，第一步將動塊移動到指定位置，第二步保持最終位置，以獲得平衡解。
（4）在求解設置中，關閉結構分析的慣性部分，而只做靜力學結構分析，但是對于熱分析仍舊做瞬態熱分析。
（5）由于使用了瞬態動力學分析，結果中默認是沒有溫度可以直接從界面中得到的。需要自定義結果，提取溫度。
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