熱結(jié)構(gòu)耦合分析的案例
自主CAE | 基于PERA SIM Mechanical機(jī)床夾具熱結(jié)構(gòu)耦合分析
0.摘要：本文基于安世亞太自主研發(fā)的PERA SIM Mechanical結(jié)構(gòu)仿真軟件，對(duì)某機(jī)床夾具進(jìn)行熱分析及熱結(jié)構(gòu)耦合分析，獲得機(jī)床夾具的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)以及熱變形和熱應(yīng)力，用于指導(dǎo)和驗(yàn)證夾具的設(shè)計(jì)方案。證明了國(guó)產(chǎn)仿真軟件PERA SIM Mechanical在熱結(jié)構(gòu)耦合分析的適用性和可靠性。
關(guān)鍵詞：機(jī)床夾具；熱分析；熱結(jié)構(gòu)耦合分析；PERA SIM Mechanical
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1.引言
夾具作為機(jī)械加工的重要工具，是保證加工精度和質(zhì)量的重要因素，直接影響工件的加工質(zhì)量。夾具用于固定工件，應(yīng)防止在高溫下因?yàn)椴牧献陨淼?em>熱脹冷縮而導(dǎo)致工件發(fā)生形變，工裝夾具設(shè)計(jì)應(yīng)具有足夠的剛性和穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下承受壓力和變形。確保工裝夾具能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生變形或破損。在熱處理過(guò)程中，工件和工裝夾具都會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮這一點(diǎn)。若設(shè)計(jì)未考慮熱穩(wěn)定性，導(dǎo)致夾具在加工過(guò)程中因溫度變化而產(chǎn)生熱變形，將會(huì)影響加工精度。
夾具熱設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)夾具時(shí)考慮到熱傳導(dǎo)和熱膨脹等因素，以確保夾具在工作過(guò)程中能夠有效地傳導(dǎo)熱量并保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素包括選擇合適的材料、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有效的散熱設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵需利用熱-結(jié)構(gòu)耦合分析功能，評(píng)估夾具在溫度載荷下的變形量，采取合適的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增加松動(dòng)補(bǔ)償間隙、使用可調(diào)節(jié)的夾緊裝置等方式，以適應(yīng)熱脹冷縮帶來(lái)的變形和應(yīng)力。
本文基于安世亞太自主研發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Mechanical，對(duì)某型機(jī)床夾具進(jìn)行了熱結(jié)構(gòu)耦合分析研究。
展開(kāi) 基于PERA SIM的泵蓋熱結(jié)構(gòu)耦合仿真分析
摘要：本文基于PERA SIM Mechanical通用結(jié)構(gòu)仿真軟件建立了泵蓋熱結(jié)構(gòu)耦合仿真的過(guò)程，從導(dǎo)入幾何模型開(kāi)始，到劃分四面體網(wǎng)格、賦予模型不同的材料參數(shù)、施加邊界條件和載荷過(guò)程，以及分析求解設(shè)置，最終得到泵蓋熱變形與熱應(yīng)力的分析結(jié)果，對(duì)泵蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)建議。
關(guān)鍵詞：泵蓋；熱結(jié)構(gòu)耦合；熱變形；熱應(yīng)力
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1.引言
通過(guò)熱結(jié)構(gòu)耦合仿真分析，可以深入理解泵蓋在高溫環(huán)境下由于熱膨脹和收縮而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。這些熱應(yīng)力可能導(dǎo)致泵蓋結(jié)構(gòu)變形、疲勞甚至失效。同時(shí)預(yù)測(cè)泵蓋結(jié)構(gòu)熱變形，對(duì)于確保泵蓋與其他部件的配合精度和密封性能至關(guān)重要。此外，根據(jù)仿真分析的結(jié)果，可以對(duì)泵蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，例如增加筋板、改變壁厚或材料配置等，以提高其抗熱應(yīng)力和抗變形能力。
本文基于PERA SIM Mechanical仿真分析軟件建立了泵蓋熱結(jié)構(gòu)耦合仿真的過(guò)程，從導(dǎo)入幾何模型開(kāi)始，到劃分四面體網(wǎng)格、賦予泵蓋材料參數(shù)、施加溫度和靜力載荷與邊界條件，以及設(shè)置熱結(jié)構(gòu)耦合仿真分析參數(shù)，最終得到泵蓋熱變形與熱應(yīng)力分析結(jié)果。分析得到的熱變形結(jié)果和熱應(yīng)力結(jié)果，對(duì)泵蓋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、壽命評(píng)估、密封性能都具有一定的指導(dǎo)意義。
2.問(wèn)題描述
本文研究對(duì)象為泵蓋，主要用于工程機(jī)械中需要密閉的箱體結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)傳遞載荷、提供支撐以及保護(hù)箱體內(nèi)部零部件的作用。在使用過(guò)程中，利用密封圈和螺栓進(jìn)行密封和連接裝配。
3.計(jì)算結(jié)果分析
3.1 模型建立及簡(jiǎn)化
泵蓋幾何模型文件格式為x_t，直接導(dǎo)入PERA SIM Mechanical中。
展開(kāi) 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(qiáng)度校核報(bào)告.doc
化工部件的熱結(jié)構(gòu)耦合分析：
關(guān)鍵點(diǎn)：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(chǎng)分析是WB的優(yōu)勢(shì)功能之一，本報(bào)告利用WB做熱結(jié)構(gòu)耦合，評(píng)價(jià)整體應(yīng)力。由于報(bào)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(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，共同進(jìn)步！
ABAQUS 剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、與剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合相關(guān)的工程師
你會(huì)得到什么：
1、掌握剎車盤三維模型的繪制
2、掌握剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、理解剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合的分析步的建立
4、學(xué)習(xí)剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合的相互關(guān)系的設(shè)置
5、了解剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合網(wǎng)格的劃分
6、學(xué)習(xí)剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合的載荷施加
7、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對(duì)比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進(jìn)行剎車盤熱結(jié)構(gòu)耦合的分析。
本案例操提供了分析相關(guān)的分析文件。
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展開(kāi) 
基于WORKBENCH的摩擦生熱的結(jié)構(gòu)和熱耦合分析（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處）
分析類型：摩擦生熱分析；制動(dòng)盤熱分析。
分析平臺(tái)：AWB17
技術(shù)難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和熱耦合分析
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對(duì)象：制動(dòng)盤（模型來(lái)自網(wǎng)友上傳）
注意點(diǎn)：熱接觸設(shè)置
另：由于參數(shù)可能設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致結(jié)果不合理，請(qǐng)無(wú)視！！！！
關(guān)鍵技術(shù)分析：
此問(wèn)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(shuō)，只能用一個(gè)耦合單元來(lái)計(jì)算摩擦生熱問(wèn)題。
解決該問(wèn)題的基本思路如下:
(1) 使用瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為solid226,它是一個(gè)耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構(gòu)-熱分析功能。
（3）由于使用了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果中默認(rèn)是沒(méi)有溫度可以直接從界面中得到的。需要自定義結(jié)果，提取溫度。
（4）此問(wèn)題要多處使用插入命令的方式，從而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。
（5）瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)中，無(wú)法得到熱分析的部分參數(shù)，所以需要先創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的工程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，然后把它與瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的工程數(shù)據(jù)單元格相關(guān)聯(lián)。
可代做的業(yè)務(wù)范圍：
熱分析
熱結(jié)構(gòu)耦合分析
展開(kāi) 連接固體熱結(jié)構(gòu)耦合分析
連接固體熱結(jié)構(gòu)耦合分析
1.1. 導(dǎo)入計(jì)算模型
啟動(dòng)一個(gè)新的Workbench項(xiàng)目，并將單位設(shè)置為公制(Kg, m…)。 將Coupled Field Static分析拖放到項(xiàng)目頁(yè)面。右鍵單擊幾何任務(wù)并導(dǎo)入Couple-field文件從相應(yīng)的輸入文件夾。
保存項(xiàng)目，雙擊Model格打開(kāi)Mechanical。
1.2. 定義材料參數(shù)
結(jié)構(gòu)鋼采用默認(rèn)參數(shù)：
1.3. 網(wǎng)格劃分
使用表面過(guò)濾器選擇，創(chuàng)建兩個(gè)命名的選擇:' bot '和' top '到下面的表面，隱藏第一個(gè)物體并創(chuàng)建命名的選區(qū)' cbot '到下面的表面。顯示所有體，隱藏第二個(gè)體。在下面的表面創(chuàng)建命名為“ctop”的選區(qū)。
ANSYS會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建模型與模型之間的接觸關(guān)系為綁定，本案例接觸關(guān)系均為綁定。執(zhí)行網(wǎng)格自動(dòng)化分，點(diǎn)擊Mesh并右鍵選擇General Mesh，即可完成網(wǎng)格劃分，提高網(wǎng)格劃分質(zhì)量也可以通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格尺寸進(jìn)行修改。
1.4. 邊界條件設(shè)置
選擇Coupled Field Static，并將兩個(gè)固定支持和范圍插入到命名的選擇：top和bot。
選擇Coupled Field Static并插入2個(gè)溫度：
1.5. 熱結(jié)構(gòu)耦合處理
檢查分析設(shè)置，確認(rèn)“大變形”設(shè)置為“開(kāi)”。 求解模型并驗(yàn)證結(jié)果:總變形，Von Mises應(yīng)力，溫度場(chǎng)。
插入一個(gè)接觸工具并查看壓力結(jié)果。
拖放任何固定支持到“Solution”分支獲得“Force Reaction”。
在“Solution”分支中拖放兩個(gè)溫度邊界條件。
展開(kāi) 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(jìn)行更新，出現(xiàn)如下圖所示的溫度云圖。即在靜力學(xué)分析模塊中，將溫度載荷作為分析的初始條件進(jìn)行靜力學(xué)分析。
圖 8：溫度輸入
對(duì)如下圖所示的金屬安裝片進(jìn)行固定約束（Fixed Support）。
完成設(shè)定即可以進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)分析，點(diǎn)擊計(jì)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?cè)茍D
展開(kāi) ANSYS workbench 小塊熱結(jié)構(gòu)耦合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)小塊移動(dòng)的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)小塊移動(dòng)非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)小塊移動(dòng)熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 小塊移動(dòng)熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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展開(kāi) ANSYS workbench摩擦盤熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué) ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)摩擦盤的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)摩擦盤熱結(jié)構(gòu)耦合接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)摩擦盤熱結(jié)構(gòu)耦合接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 摩擦盤熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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展開(kāi) 葉片熱結(jié)構(gòu)耦合分析
熱結(jié)構(gòu)耦合處理
穩(wěn)態(tài)熱使用默認(rèn)的分析設(shè)置來(lái)求解。完成后返回項(xiàng)目操做界面，通過(guò)拖拽將Static Structural與Steady-State Thermal模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
圖 12：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(jìn)行更新，出現(xiàn)如下圖所示的溫度云圖。即在靜力學(xué)分析模塊中，將溫度載荷作為分析的初始條件進(jìn)行靜力學(xué)分析。
將葉片的上下端面均采用固定約束，靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析使用默認(rèn)的分析設(shè)置來(lái)求解。上圖顯示了固體區(qū)域的溫度分布。正如預(yù)期的那樣，葉片在孔附近更冷。
下面兩幅圖分別顯示了流體和固體表面的溫度。流體溫度從入口到出口升高。固體表面溫度也有相似的變化趨勢(shì)。
圖 13：流體溫度
圖 14：固體溫度
下一個(gè)圖顯示了固體區(qū)域的馮米塞斯應(yīng)力。最大應(yīng)力發(fā)生在J孔內(nèi)。
當(dāng)執(zhí)行類似類型的分析時(shí)，考慮以下提示和建議：
定義為熱流體模型的線體對(duì)象可用于計(jì)算流體與固體之間的熱流體傳熱。通過(guò)對(duì)渦輪葉片冷卻通道的對(duì)流換熱進(jìn)行模擬，證明了該特性的易用性。
當(dāng)在分析中包含有對(duì)流通道的固體區(qū)域時(shí)，在用線體對(duì)通道建模時(shí)，應(yīng)該使用固體區(qū)域的低階單元。使用高階表面效應(yīng)元件有時(shí)會(huì)導(dǎo)致不切實(shí)際的溫度分布。
展開(kāi) 『分享』熱——結(jié)構(gòu)耦合教程
共兩個(gè)壓縮包歡迎交流
熱-結(jié)構(gòu)耦合分析.part01.rar
熱-結(jié)構(gòu)耦合分析.part02.rar
電磁爐加熱水—電磁 熱 結(jié)構(gòu)耦合分析
讀取熱結(jié)果
加熱碗的最大溫度的溫升曲線如圖10所示，600s時(shí)刻的溫度分布結(jié)果如圖11和圖12所示。
圖9 設(shè)置散熱系數(shù)
圖10 溫度隨時(shí)間變化曲線
、
圖11 碗底溫度
圖12 碗整體溫度
2.3 結(jié)構(gòu)分析
加載結(jié)構(gòu)模塊structural，鏈接磁場(chǎng)分析的網(wǎng)格部分，打開(kāi)后讀取磁場(chǎng)分析相應(yīng)的網(wǎng)格模型和材料設(shè)置，同樣需要抑制掉空氣部分。
設(shè)置好邊界條件之后讀取上一步的熱生成的溫度，根據(jù)相應(yīng)的材料參數(shù)可以獲取碗的膨脹變形量和應(yīng)力分布情況，如圖所示
讀取溫度分布載荷
ldread,temp
圖13 碗應(yīng)力分布
圖14 碗變形分布
圖15 碗變形分布
Workbench作為一個(gè)分析平臺(tái)可以將多個(gè)獨(dú)立的物理場(chǎng)很好的耦合到一起，很好的解決多電磁場(chǎng)、熱、結(jié)構(gòu)以及流體等物理場(chǎng)的耦合計(jì)算。
多物理場(chǎng)分析能夠更全面的展示一些設(shè)備的多個(gè)輸入因素導(dǎo)致的相互作用，電磁爐的耦合場(chǎng)分析可以應(yīng)用于模擬淬火加熱零件、電機(jī)受力、雙金屬片彎曲等相關(guān)的電、熱和結(jié)構(gòu)耦合的分析，能夠獲取相關(guān)的溫度、變形、線圈參數(shù)等需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
另外workbench的多物理場(chǎng)仿真能夠更好的共享模型和模型網(wǎng)格，通過(guò)讀取載荷能夠更好的匹配熱、力等載荷數(shù)據(jù)，使計(jì)算快速準(zhǔn)確，使仿真能夠顯著的減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高準(zhǔn)確度，并縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。
展開(kāi) 電子電器的電-熱-結(jié)構(gòu)三場(chǎng)耦合分析（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處）
分析類型：基于WORKBENCH的電-熱-結(jié)構(gòu)三場(chǎng)耦合分析
分析平臺(tái)：WORKBENCH17
技術(shù)難點(diǎn)：耦合分析
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術(shù)背景：電場(chǎng)生熱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形
工程意義：電子電器的多場(chǎng)耦合分析
研究對(duì)象：電子電器
模擬過(guò)程：兩端加220V電壓，研究電路生熱的情況，溫度應(yīng)力和結(jié)構(gòu)變形。
代做業(yè)務(wù)：電子電器的熱分析，電-熱-結(jié)構(gòu)三場(chǎng)耦合分析
最后說(shuō)下：最近模仿本人風(fēng)格的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，甚至于基本完全的“拿來(lái)主義”，請(qǐng)關(guān)注“正版”，杜絕“山寨”。鄭重聲明：與本人相似風(fēng)格的帖子和成員介紹，絕非本人馬甲，與本人完全無(wú)關(guān)。
模型
幾何模型
有限元模型
電壓分布
電流密度
電場(chǎng)強(qiáng)度
溫度
焦耳熱分布
結(jié)構(gòu)變形
結(jié)構(gòu)應(yīng)力
展開(kāi) 齒輪熱結(jié)構(gòu)耦合工程實(shí)例（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處）
材料：鋼
分析類型：齒輪熱結(jié)構(gòu)和耦合動(dòng)力學(xué)分析
技術(shù)難點(diǎn)：接觸，熱結(jié)構(gòu)耦合，動(dòng)力學(xué)
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
模擬過(guò)程：
嚙合齒輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的熱結(jié)構(gòu)耦合應(yīng)力分析，熱分析，接觸分析。
有用abaqus做熱與結(jié)構(gòu)耦合的進(jìn)來(lái)啦！
不知道abaqus做熱和結(jié)構(gòu)耦合分析怎么樣，雖然ansys做耦合場(chǎng)很強(qiáng)，但是牽涉到彈塑性和應(yīng)變率問(wèn)題的分析ansys好像不大好用，不知abaqus這方面的功能怎么樣？
