光機熱耦合的案例
基于 Ansys 軟件的光機熱耦合解決方案
八月底，熱門話題【基于 Ansys 軟件的光機熱耦合解決方案】研討會即將開啟！
研討會預告
研討會大綱
光機熱集成分析背景
光學系統集成 STOP 分析流程
Ansys Mechanical 軟件介紹
Ansys Zemax STAR 模塊介紹
案例：大功率激光系統的 STOP 分析
研討會信息
主題：基于 Ansys 軟件的光機熱耦合解決方案
時間：2023年8月29日 15:00-16:00
主辦方：武漢宇熠科技有限公司
參與方式：騰訊會議
費用：免費
如您對本次研討會有興趣，可長按識別上方二維碼，即刻報名（名額有限，額滿即止。）
另外，我們針對本次研討會創建了交流群，歡迎聯系工作人員申請進群！
展開 SigFit—光-機-熱耦合分析工具
美國Sigmadyne公司的SigFit軟件是光機熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學表面變形等結果文件通過多項式擬合或插值轉化為光學分析軟件的輸入文件，還可實現動態響應分析、光程差分析、設計優化、主動控制/自適應控制光學系統的促動器布局及優化等。SigFit幫助用戶解決了不同學科間的數據傳遞難題，可很大程度上縮短研發周期，節省研發成本，有效提升光學設計仿真精度，提高光機產品的成像質量與環境適應性。目前，SigFit已廣泛應用于成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等高精密光學產品的研發。
產品介紹
基本功能
? 面型擬合：將熱與機械分析得到的溫度、應力及面形變化等分析結果導入SigFit，通過多項式擬合或插值，轉換為光學分析軟件可以讀取的格式，直接在光學分析軟件中考慮系統受到外界熱、機械作用后的光學性能變化。
高級功能
? 主動控制：分析光學面形RMS值隨激勵源數目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面RMS值盡可能小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據一定約束自動優化、計算施加激勵源的位置。
? 動態響應：基于有限元固有頻率分析結果，通過用戶在SigFit中指定的激勵載荷和阻尼等計算，面形由于諧波振動/隨機振動/瞬態載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS誤差、傳遞函數變化、LOS晃動及各階模態對RMS的影響。該模塊可幫助用戶將機械振動與光學性能分析指標聯系起來，對于光學透鏡組有重要的意義，可預測不同工況下對光學成像鏡頭組成像影響較大的模態，為設計提供參考，有效提升光機系統環境適應性。
展開 SigFit—光-機-熱耦合分析工具
美國Sigmadyne公司的SigFit軟件是光機熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學表面變形等結果文件通過多項式擬合或插值轉化為光學分析軟件的輸入文件，還可實現動態響應分析、光程差分析、設計優化、主動控制/自適應控制光學系統的促動器布局及優化等。SigFit幫助用戶解決了不同學科間的數據傳遞難題，可大大縮短研發周期，節省研發成本，有效提升光學設計仿真精度，提高光機產品的成像質量與環境適應性。目前，SigFit已廣泛應用于成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等高精密光學產品的研發。
產品介紹
? 基本功能
? 面形擬合：
將熱與機械分析得到的溫度、應力及面形變化等分析結果導入SigFit，通過多項式擬合或插值，轉換為光學分析軟件可以讀取的格式，直接在光學分析軟件中考慮系統受到外界熱、機械作用后的光學性能變化。
▼多項式擬合：將多種輸入格式的數據擬合為多項式，擬合類型包括標準和邊緣Zernike多項式、非球面多項式、XY多項式等九種格式；
▼表面變形插值：將光學測試的試驗數據或有限元仿真的網格數據插值為一個數組或者另一種網格結果，以用于仿真預測結果與光學測試結果的對比，或用于擬合Zernike多項式無法準確描述的光學表面變形。
該模塊可以很好地解決光學成像鏡頭組在不同學科間數據傳遞的難題。
? 高級功能
? 主動控制：
分析光學面形RMS值隨激勵源數目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面RMS值盡可能小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據一定約束自動優化、計算施加激勵源的位置。
展開 活動預告 | 10月Ansys渠道合作伙伴培訓與研討會
本方案利用 Ansys Mechanical 軟件，對焊球進行熱-力耦合仿真，分析其在溫度循環過程中產生的塑性應變與應力。進一步結合疲勞分析理論，評估焊球的疲勞壽命，從而識別潛在失效風險，提升產品耐用性。
介紹基于 Ansys Mechanical 軟件的芯片焊球溫循疲勞分析解決方案。該方案通過熱-結構順序耦合，精確模擬焊球在溫度循環載荷下的應力應變響應，介紹相關 ANAND 本構模型，并運用疲勞模型（如 Coffin-Manson）預測其疲勞壽命，為產品可靠性設計與優化提供關鍵依據。
時間：10月21日，10:00-11:00
合作伙伴：莎益博工程系統開發（上海）有限公司
地點：線上
費用：免費
立即報名
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10月23日 | Ansys Zemax 基礎成像設計+光機熱耦合分析培訓課程
簡介：Zemax作為光學設計軟件業界引領者，一直在為技術進步，助力創新而努力。 在加強自身傳統成像系統設計優勢的同時，更是迎接前沿熱門光學系統設計帶來的挑戰。通過OpticStudio（含Star Module）、 OpticsBuilder系列產品的組合，重新優化了工作流程，幫助工程師實現更好的設計，更快地推出產品進入市場。尤其是新開發的Star模塊用于光機熱耦合分析，引入的RCWA算法計算衍射光柵耦合效率用于優化AR系統等，使得Zemax整體功能更加強大。
本次課程編排讓廣大光學設計師從認識Zemax基本界面、首次建模透鏡開始，逐步學習雙膠合透鏡、雙高斯鏡頭的設計與優化以及圖像模擬分析功能，最后再進一步提升到運用Zemax Star模塊結合FEA分析軟件進行光機熱耦合分析的教學，以應對存在不均勻結構形變與溫度分布對鏡頭成像性能影響的應用場景，并進一步指導改進優化系統。
展開 
紅外物鏡設計難點突破？OAS 軟件仿真實現高性能成像
本項目基于 OAS 光學軟件，通過光機熱一體化建模與多維度性能優化，構建高性能紅外物鏡方案，突破傳統紅外物鏡設計中像差校正難、雜散光干擾大、環境適應性弱等瓶頸。
案例設置與操作
模型構建
依托 OAS 光學元件數據庫，精準導入紅外物鏡核心組件參數，完成透鏡系統、遮光結構、鏡筒等模型搭建。利用 OAS 內置輕量化 CAD 核心，實現光學透鏡與機械結構的一體化建模，結合紅外光學材料特性完成材料賦值，精準控制透鏡同軸度公差≤0.001mm，避免機械結構對紅外光路的遮擋與干擾，同時構建光機熱耦合模型，模擬不同溫度環境下的結構變形影響。
參數配置
以高分辨率、寬溫域適配為核心目標，設定紅外波段光學性能參數、結構空間適配參數、極端環境適配參數。通過 OAS 實時光路預覽與序列 / 非序列光線追跡功能，動態優化透鏡面形、鏡組間距及遮光結構尺寸，確保在紅外探測的典型波段內，物鏡在 - 40℃~60℃溫域下均能滿足成像需求。
展開 ?ansys 線上研討會（免費）
Ansys Zemax & Mechanical光機熱耦合分析 STAR 模塊介紹
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CAE仿真技術應用10大挑戰
7、多場耦合分析
在解決復雜仿真問題的過程中，涉及到多物理場耦合分析的問題，如流固耦合問題、光機熱耦合問題，這對于單純提供某個領域仿真技術的CAE廠商而言，是一個巨大挑戰。
8、研發組織架構如何支持仿真驅動設計
在制造企業傳統的產品研發流程當中，仿真技術人員往往屬于一個專門的部門。如何在企業中將仿真技術真正融入產品研發流程當中，調整研發部門的組織架構和研發組織體系，使仿真分析工程師與設計、工藝和制造工程師協同工作，實現從事多個學科虛擬仿真的工程師之間的協作，真正實現仿真驅動設計，是一個巨大的挑戰。另外，如何在上下游企業之間進行虛擬仿真的協同，則更是一個難題。
9、仿真軟件與優化軟件的結合
仿真軟件只能完成仿真計算，卻不能解決優化問題，應用虛擬仿真軟件是一個試錯過程。因此，仿真技術如何與優化技術有效結合，是一個重要挑戰。
10、仿真技術如何跟上計算機硬件技術發展
目前，多核CPU、GPU、刀片工作站等硬件技術發展迅速，如何將多核CPU、HPC、并行計算等新興技術與仿真技術相結合，以提高仿真的效率，同樣是一個重要挑戰。
全球CAE技術發展和應用的焦點已經從單元技術的提升轉向對整個仿真流程、乃至整個研發過程管理的提升。面對這十大挑戰，能否給出明確而完整的解答，將決定CAE廠商未來在全球CAE市場的競爭力。
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展開 基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構耦合分析
需要對發動機尾噴管進行熱結構與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優化設計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數，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力分析，最后進行燒蝕層厚度優化設計。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構.pdf
WB12.0化工部件熱結構耦合分析（熱結構耦合，路徑線性化）
huagongbujian有限元應力分析及強度校核報告.doc
化工部件的熱結構耦合分析：
關鍵點：熱結構耦合，路徑線性化，六面體網格，漸變圓角
耦合場分析是WB的優勢功能之一，本報告利用WB做熱結構耦合，評價整體應力。由于報告中涉及隱私內容，故隱去一些關鍵數據和公式，望大家原諒。拋磚引玉，供大家交流學習經驗，共同進步！
光學系統 | 借助Ansys Zemax從概念到立方體衛星光機械設計（2）
本博客系列闡述了如何使用Ansys Zemax軟件將立方體衛星從最初的光學設計轉變為光機械封裝，以便進行光機熱耦合系統性能（STOP）分析。
在設計了光學系統后，可以對有效載荷的光機械進行建模。通過Creo Parametric中的Ansys Zemax OpticsBuilder，將光學模型導出到計算機輔助設計（CAD）環境的過程變得簡化而直觀。OpticsBuilder通過為每個光學組件生成原生幾何結構，將光學模型引入Creo。借助OpticsBuilder，光學仿真也可以直接在Creo中運行，從而減少在光學設計工具和CAD軟件之間傳輸光學系統的情況。這有助于提高工程效率。
將光學設計導出到OpticsBuilder中
在第一部分內容中，最初的光學設計是針對立方體衛星而建模的。光學設計完成后，需要設計光機械以將光學元件保持在合適的容差范圍內。為了在我們的系統中輕松構建光機械，光學設計可以通過OpticsBuilder從Ansys OpticStudio導出到CAD環境。
如要導出光學設計，可以使用OpticStudio中的Prepare for OpticsBuilder工具。導出時，OpticStudio會將所有相關信息打包到.ZBD文件中，并為您自動執行一些任務。如欲了解有關Prepare for OpticsBuilder工具的更多信息，請閱讀Ansys Zemax網站上相應的知識庫文章。
展開 管道的熱固耦合計算及管道熱應力分析!
圖19 中間平面設置圖
圖20 速度云圖
圖21 壓力云圖
圖22 溫度云圖
六、穩態熱分析
完成流體計算之后，單擊B4 進入穩態熱分析模塊，將流體區域抑制，并將固體區域生成網格，生成方法與之前類似。之后右鍵單擊Imported Load—Insert—Temperature 將流體計算的溫度場導入，在固體域溫度的接受面為固體的內表面，之前已經進行定義，直接選用即可，Cfd surface 選用計算的流固界面溫度。右鍵單擊Imported Load，單擊右鍵菜單的ImportedLoad 導入溫度。
右鍵單擊Steady-State Thermal 插入邊界條件，設置外壁面的對流換熱系數為10W/m2·℃，環境溫度為20℃。設置三個入口的端面溫度與入口流體溫度一致。在solution 中插入溫度和總的熱流量。單擊solve 進行求解。
圖23 流場溫度導入
圖24 穩態熱力學計算結果
七、變形及熱應力分析
雙擊C5 進入靜態結構計算模塊右鍵單擊Imported Load 打開右鍵菜單后單擊ImportedLoad 導入固體域的溫度。右鍵單擊Static Structural—Insert—Fixed Support 給三個入口端面施加固定約束。
展開 
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側 ￥120
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側
adina摩擦生熱熱機耦合研究
在實際工程運用中經常會涉及到摩擦生熱的問題，adina的例題手冊中有關于摩擦生熱的例子。即汽車剎車盤，這個例子因為省略了很多內容，導致初學者很難按照相應的步驟做出了，這樣不能理解用ADINA進行摩擦生熱熱機耦合仿真的具體步驟。
所以，在參考例題手冊的基礎上，把操作的步驟，按照簡單的圖片格式，一步一步的整理出來都大家分享和討論。同時，結合論壇中的例子，給出了滑動摩擦塊生熱和水輪機密封裝置的命令流，都是簡化的模型，目的是讓大家用adna解決摩擦生熱的熱機耦合的步驟和方法。
摩擦生熱熱機耦合例子.rar
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查看結果：位移&應力
SimSolid中可以通過設置溫度、熱通量、體積熱和對流4種邊界條件設定熱分析場景，并且可以設定每個接觸面的傳熱屬性。在熱分析結束后，通過將前一步結果的溫度場，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，以得到熱應力及其位移結果。
