水熱耦合分析的案例
Comsol凍土路基（熱-水-力耦合）模型 ￥100
Comsol凍土路基（熱-水-力耦合）模型，水熱采用PDE建模，力學采用軟件自帶的固體力學模塊，路基分為兩層土，計算時間一年，附帶參考文獻。
基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構(gòu)耦合分析
需要對發(fā)動機尾噴管進行熱結(jié)構(gòu)與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優(yōu)化設(shè)計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應(yīng)力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數(shù)，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時間的變化并進行熱應(yīng)力分析，最后進行燒蝕層厚度優(yōu)化設(shè)計。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構(gòu).pdf
WB12.0化工部件熱結(jié)構(gòu)耦合分析（熱結(jié)構(gòu)耦合，路徑線性化）
huagongbujian有限元應(yīng)力分析及強度校核報告.doc
化工部件的熱結(jié)構(gòu)耦合分析：
關(guān)鍵點：熱結(jié)構(gòu)耦合，路徑線性化，六面體網(wǎng)格，漸變圓角
耦合場分析是WB的優(yōu)勢功能之一，本報告利用WB做熱結(jié)構(gòu)耦合，評價整體應(yīng)力。由于報告中涉及隱私內(nèi)容，故隱去一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)和公式，望大家原諒。拋磚引玉，供大家交流學習經(jīng)驗，共同進步！
直播預(yù)告 | MSC Nastran復合材料熱分析及熱機耦合分析
然而，其各向異性特性在高溫環(huán)境（如氣動加熱、發(fā)動機熱載荷、太空極端溫度循環(huán)）下帶來嚴峻挑戰(zhàn)：熱膨脹不協(xié)調(diào)、熱應(yīng)力集中、層間失效風險陡增。
傳統(tǒng)分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設(shè)計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預(yù)測復合材料在熱載荷作用下的變形與應(yīng)力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
熱傳遞的4個類型
為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，?？怂箍倒I(yè)軟件旗下的有限元結(jié)構(gòu)分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領(lǐng)域表現(xiàn)卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設(shè)計精度與產(chǎn)品可靠性。
本期直播講堂請到了?？怂箍到Y(jié)構(gòu)仿真軟件應(yīng)用專家李坤鵬，在直播間中講師將重點講解MSC Nastran在復合材料熱分析及熱機耦合分析方面的各項功能，并以多個應(yīng)用案例展示其在解決復合材料熱力學分析難題的創(chuàng)新之處。敬請關(guān)注！
直播報名
8月21日 14:00
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立即預(yù)定
直播內(nèi)容聚焦
? 熱傳導模擬：精準預(yù)測復合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場分布
? 熱-力耦合分析：高效求解溫度梯度引發(fā)的熱應(yīng)力與熱變形
? 性能與失效評估：識別熱環(huán)境下的潛在高風險區(qū)域
李坤鵬
海克斯康結(jié)構(gòu)仿真軟件應(yīng)用專家
精通結(jié)構(gòu)有限元分析，有豐富的工程項目經(jīng)驗，參與完成的重大項目包括：飛機適航強度分析、貨機改裝強度分析、復雜電機傳動產(chǎn)品失效分析與對標。
展開 
管道的熱固耦合計算及管道熱應(yīng)力分析!
20℃的低溫水從左端的入口流入，流速為1m/s，50℃的液態(tài)水和80℃的液態(tài)水分別從豎直的管道流入，流速均為0.5m/s，冷熱水流混合后從右端流出，周圍的環(huán)境溫度為20℃。
圖1 管道結(jié)構(gòu)示意圖
二、設(shè)計思路
幾何模型建立
流體域網(wǎng)格劃分
Fluent 計算
溫度加載
穩(wěn)態(tài)熱分析
溫度加載
熱應(yīng)力分析
三、模型建立
在workbench 的工具箱中拖拽Fluid Flow（Fluent）、Steady-State Thermal 和Static Structural模塊進入工作界面中，數(shù)據(jù)傳送關(guān)系如圖2 所示。
圖2 數(shù)據(jù)傳送關(guān)系
在SolidWorks 中建立相應(yīng)模型， 并轉(zhuǎn)化成ansys 適用的x_t 格式。雙擊A2 打開DesignModeler，導入相應(yīng)模型。
圖3 模型分別在SolidWorks 中和在DesignModeler 中顯示
選擇Tools 工具欄下的Fill 命令，選定管道內(nèi)壁的三個面，單擊Details View 面板中的Apply按鈕，之后單擊Generate 按鈕，生成相應(yīng)的流體域，并將流體域命名為Fluid。
展開 Samcef 熱燒蝕及熱固耦合分析
Samcef_熱燒蝕及熱固耦合分析.pdf
SimSolid熱分析及熱固耦合案例講解 衡祖仿真
⑦查看結(jié)果：位移&應(yīng)力
SimSolid中可以通過設(shè)置溫度、熱通量、體積熱和對流4種邊界條件設(shè)定熱分析場景，并且可以設(shè)定每個接觸面的傳熱屬性。在熱分析結(jié)束后，通過將前一步結(jié)果的溫度場，作為熱載荷施加到線性靜力分析當中，可以進行熱固耦合分析，以得到熱應(yīng)力及其位移結(jié)果。
電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
如果變壓器繞組熱點溫升過高則可能發(fā)生局部過熱，影響變壓器的運行穩(wěn)定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產(chǎn)生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導意義。
重慶大學的技術(shù)團隊經(jīng)過多年積累，在高壓設(shè)備和絕緣技術(shù)方面積累了深厚的經(jīng)驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節(jié)省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎(chǔ)上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯(lián)合仿真計算，在電力變壓器模型中實現(xiàn)對含有復雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網(wǎng)格自動優(yōu)化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結(jié)果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節(jié)；在溫度結(jié)果中，可以查看變壓器內(nèi)部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發(fā)熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩(wěn)態(tài)溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結(jié)果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監(jiān)測溫度，工程師可結(jié)合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預(yù)警或檢修等判斷；二是開展設(shè)備部件運行性能參數(shù)的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 液固耦合-大桶水的跌落分析
SPH技術(shù)方法中，水是使用連續(xù)的偽顆粒質(zhì)點來模擬，在顯式分析的每一個增量步中，更新質(zhì)點的運動。這種方法穩(wěn)健第解決了大液面的猛烈晃動問題。偽顆粒使用PC3D單元來模擬，這種單節(jié)點單元可以以較少的單元數(shù)獲得較大的計算精度。abaqus/CAE不支持該方法，可以通過編輯關(guān)鍵字來生成INP。
分析結(jié)果：在跌落過程中不同時刻，流體分布與結(jié)構(gòu)變形圖，（左為CEL方法，右為SPH方法）。
通過圖 9可以看出，使用SPH技術(shù)輸出的支反力相比使用CEL技術(shù)來說，變化劇烈，在跌落過程中產(chǎn)生了噪聲。這主要是由于接觸不平穩(wěn)造成的傳力不均勻現(xiàn)象。
擴展閱讀：關(guān)于液固耦合的理論參看幫助文檔中abaqus分析用戶手冊，14.1- Eulerian analysis，相關(guān)的實例參看abaqus實例手冊，鉚釘成型分析-主要是使用歐拉單元解決坯料的大變形問題，上述實例都是通過結(jié)構(gòu)的邊界條件來驅(qū)動流體分布變化。彈性壩（Elastic dam）CEL分析-則是使用流體邊界條件來驅(qū)動結(jié)構(gòu)的變化。
ABAQUS_液固耦合-大桶水的跌落分析.pdf
展開 基于Ansys WB耦合場瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車盤）
基于Ansys WB耦合場瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析
1、引言
熱-力耦合分析根據(jù)其耦合的方式一般分為順序耦合和完全耦合；順序耦合是單向的，如已知溫度計算結(jié)構(gòu)體的變形、應(yīng)力、應(yīng)變等；而完全耦合是雙向的，如剎車盤制動過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導致盤片變形，變形的盤片進一步影響盤片和摩擦片的接觸關(guān)系，又進一步的影響摩擦生熱，即力→熱→力→......熱力雙向耦合。
隨著Workbench軟件的更新，再2020以后的版本中加入了耦合場分析模塊，無論是順序耦合和完全耦合，均不需要插入命令流，大大簡化了分析流程。本文采用耦合場瞬態(tài)模塊進行完全熱-力耦合分析。
圖1 WB耦合場模塊
2、三維模型搭建與網(wǎng)格劃分
利用solidworks對剎車盤進行三維模型的搭建，摩擦片距剎車盤預(yù)定距離為1mm，如圖2所示，導入Hypermesh中進行幾何清理（將小孔、窄邊等進行優(yōu)化）和網(wǎng)格劃分，如圖3所示，值得注意的是WB對.inp格式（Abaqus）的網(wǎng)格兼容性較好，因此Hypermesh導出網(wǎng)格類型為Abaqus的.inp文件。在這里不再過多的介紹前處理部分，主要針對耦合場的搭建與分析。
圖2剎車盤三維模型
圖3 剎車盤網(wǎng)格劃分
3、耦合場分析搭建
從外部導入.inp網(wǎng)格文件，搭建分析流程，如圖4所示。
圖4 分析流程搭建
3.1 材料定義
材料屬性的定義，參考論文[1]所給出的參數(shù)，如下表所示。
對于熱力耦合分析，比熱容、線膨脹系數(shù)、熱傳導系數(shù)是三個必要的熱力學參數(shù)。
展開 基于HyperWorks的瞬態(tài)熱-固耦合分析 ￥20
前言：HyperWorks具有強大的傳熱分析能力，其操作過程也并不復雜，只需要搞懂一些卡片的設(shè)置含義，按照既定的步驟進行操作，就可以實現(xiàn)熱傳遞分析了。本次仿真選擇彎管模型，通過對彎管的一端施加熱源，得到彎管的溫度場隨時間的變化云圖，又由于彎管內(nèi)積攢的熱能無法在短時間內(nèi)散出，故會產(chǎn)生熱應(yīng)力及位移變化，通過仿真后處理可以得到彎管的熱應(yīng)力分布情況以及隨著時間的變化，彎管內(nèi)的熱傳遞情況。
一、傳熱分析基本概念
1、熱傳遞方式
熱傳遞共有三種傳遞方式，分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。本次仿真中主要用到前兩種熱傳遞方法。
熱傳導是熱量從系統(tǒng)的一部分傳導到另一部分或由一個系統(tǒng)傳導到另一個系統(tǒng)的現(xiàn)象，通常發(fā)生在固體中；熱對流是液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的過程。
2、熱—固耦合分析
熱固耦合的基本思路是先進行熱傳導分析以獲取結(jié)構(gòu)的溫度場，這個溫度場將作為結(jié)構(gòu)分析的載荷的一部分，耦合分析將按照嚴格的順序進行，通常會先進行熱分析，熱分析影響后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析，而結(jié)構(gòu)分析對熱分析則沒有影響。
3、常用的熱學材料參數(shù)
Thermal expansion coeffcient：熱膨脹系數(shù)[A]
Thermal conductivity：熱導率[K]
Heat transfer coefficient：熱傳遞系數(shù)[H]
Heat capacity at constant pressure：恒定壓力下的熱容量[CP]
二、有限元建模
本次仿真主要關(guān)注1、通過熱源加載進行瞬態(tài)熱傳遞過程2、自由對流散熱分析3、熱—固耦合時結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力及位移情況。通過本次仿真，你可以學到物體隨著時間的推移，由于外部熱輸入和自然冷卻作用下的溫度變化過程，以及結(jié)構(gòu)受熱應(yīng)力作用下自身的應(yīng)力及位移變形情況。
展開 
使用Recurdyn和Particleworks軟件耦合分析技術(shù)模擬水流動試驗
本文驗證淋浴馬桶和淋浴噴頭的可重現(xiàn)性、廚房的水濺現(xiàn)象和廚房水槽中水的流動行為，并已經(jīng)開始使用原型進行研究。
英文原文由Chiaki Miyazawa和Akiko Kondoh著。
日本最大的建筑和設(shè)備制造商驪住株式會社（LIXIL Corporation）的重要產(chǎn)品業(yè)務(wù)之一是浴室、廚房和廁所等水技術(shù)產(chǎn)品。在這些產(chǎn)品的研發(fā)中，LIXIL正在嘗試引入Particleworks，一種無網(wǎng)格多粒子模擬（MPS）計算流體力學（CFD）工具。
LIXIL先進核心技術(shù)部門的宮澤博士（Dr. Miyazawa）解釋說：“我主要負責CFD模擬和虛擬現(xiàn)實（VR）等數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域。以前，我們主要使用有限體積法（FVM)）模擬工具進行氣流和水流分析，然而，由于FVM需要大量的計算資源，當需要評估許多小水滴時，比如淋浴，我就需要尋找一個合適的工具。
我找到Particleworks時，介紹它的關(guān)鍵詞是“液體飛濺”和“混合”。于是，我開始了一項Particleworks的試驗。目前，我們正在驗證淋浴馬桶和淋浴噴頭的可重現(xiàn)性、廚房的水濺現(xiàn)象和廚房水槽中水的流動行為，并已經(jīng)開始使用原型進行研究?！?/span>
展開 abaqus小球入水CEL流固耦合分析 ￥20
abaqus小球入水CEL流固耦合分析
鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結(jié)構(gòu)耦合計算
為了節(jié)省計算時間，計算熱應(yīng)力時采用半槽模型進行計算。
圖3 熱應(yīng)力計算模型
（1）溫度分布邊界直接由電熱場計算結(jié)果導入。
（2）位移邊界為AB梁底部的支柱固定。
（3）所施加載荷為：
重力加速度9.8m/s2
槽內(nèi)熔體的壓力：
上部結(jié)構(gòu)壓力
圖 4 溫度分布由熱場計算結(jié)果導入
3 后處理結(jié)果和分析
電解槽的總位移以及X，Y，Z方向位移如圖5所示。其中X方向為煙道端到出鋁端，Y方向為進電端到出電端，Z方向為豎直方向?？偽灰谱畲笾禐?9.8mm，位于陰極炭塊上表面。由于內(nèi)襯的熱膨脹和陰極炭塊的鈉膨脹，電解槽有上拱的趨勢，中間的炭塊上拱最明顯。
圖5 電解槽位移計算結(jié)果
電解槽應(yīng)力計算結(jié)果如圖6所示。最大應(yīng)力為422Mpa，位于搖籃架拐角處，此處應(yīng)力集中比較嚴重。
圖6 電解槽Mises應(yīng)力
4 小結(jié)
本文建立了電解槽熱應(yīng)力-鈉膨脹耦合計算模型，提出了利用傳熱和擴散的相似性來模擬鈉擴散的方法，并根據(jù)計算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉(zhuǎn)化為熱膨脹，模擬了電解槽的鈉膨脹應(yīng)力和熱應(yīng)力。模型中考慮了材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內(nèi)襯的受熱收縮效應(yīng)，得出了與實際情況比較相近的結(jié)果。
展開 顯卡熱結(jié)構(gòu)耦合分析
圖 7：熱固耦合流程
完成后返回Mechanical的操做界面，在Static Structural模塊中，選擇Imported Load (B6)下的Imported Body Temperature并進行更新，出現(xiàn)如下圖所示的溫度云圖。即在靜力學分析模塊中，將溫度載荷作為分析的初始條件進行靜力學分析。
圖 8：溫度輸入
對如下圖所示的金屬安裝片進行固定約束（Fixed Support）。
完成設(shè)定即可以進行熱結(jié)構(gòu)分析，點擊計算求解。完成后可以輸出應(yīng)力及位移云圖。
圖 9：應(yīng)力云圖
圖 10：整體位移云圖
圖 11：熱應(yīng)變云圖
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