ansys多層線圈熱分析的案例
Fluent分析實(shí)例(二)--水冷線圈的熱分析 ￥20
利用ANSYS/Fluent對(duì)熱分布進(jìn)行計(jì)算，得到其溫度場(chǎng)和流場(chǎng)。
視頻包含：
1.具體操作步驟，計(jì)算整體的熱分布情況。
2.結(jié)果收斂檢查與分析。
3.后處理注意事項(xiàng)。
流速：
溫度：
基于ANSYS Maxwell的平面螺旋型線圈電感仿真分析
摘要：平面螺旋型線圈是無線充電系統(tǒng)中的重要部件。利用ANSYS Maxwell軟件對(duì)平面螺旋型線圈的電感值進(jìn)行了仿真分析，在圓柱坐標(biāo)系中建立了不含隔磁片和含隔磁片的線圈2D和3D模型，仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相符合，說明建模方法是正確的。最后研究了線圈匝數(shù)對(duì)線圈電感值和耦合系數(shù)的影響，一方面，對(duì)無線充電系統(tǒng)線圈的研究設(shè)計(jì)提供了有益參考；另一方面，也可作為電磁場(chǎng)與電磁波課程的仿真實(shí)驗(yàn)，成為教學(xué)的補(bǔ)充。
關(guān)鍵詞：平面螺旋型線圈；電感值；ANSYS Maxwell；隔磁片；耦合系數(shù)
電感是基本電路元件之一，在工程中廣泛應(yīng)用導(dǎo)線繞制的線圈。例如，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用電抗 器抑制諧波和限制短路電流，電抗器是用導(dǎo)線繞制 成螺線管的形式，稱空心電抗器。在無線充電系統(tǒng)中，線圈是能量傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，為了提高傳輸效率，研究者嘗試使用不同形狀的線圈，如圓形、四邊形和多邊形等。由于線圈的材料、幾何形狀、匝數(shù)、尺寸及兩線圈的位置都可能影響耦合系數(shù)的大小，進(jìn)而影響電能傳輸效率，因此需要對(duì)諧振線圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為實(shí)物設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。平面螺旋型線圈較薄且不占體積，在手機(jī)、電動(dòng)汽車等無線充電器中得到了廣泛應(yīng)用，研究表明平面螺旋型線圈可實(shí)現(xiàn)高效電能傳輸。此外，無線充電線圈中大量使用軟磁鐵氧體制成的隔磁片，其材質(zhì)和形狀對(duì)提高無線充電的效率和電磁兼容方面均具有重要作用。
ANSYS Maxwell是一種電磁場(chǎng)有限元分析軟件，它功能強(qiáng)大，具有電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)、瞬態(tài)場(chǎng)分析模塊，是工程設(shè)計(jì)人員和研究工作者的重要工具。電磁場(chǎng)課程公式多且概念抽象，學(xué)生普遍反映難學(xué)、難懂、難用。電磁場(chǎng)是一種特殊形式的物質(zhì)，無法直 接觀察。
展開 基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應(yīng)力分析及選材優(yōu)化
瓦片式模塊集成度高、不同材料多層堆疊的特性導(dǎo)致其內(nèi)部不同層之間熱膨脹系數(shù)失配，由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱變形問題較為復(fù)雜，同時(shí)也顯著影響模塊的精度和可靠性。
對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的熱失配問題，目前主要通過理論分析、有限元模擬結(jié)合試驗(yàn)的方法進(jìn)行計(jì)算分析。文獻(xiàn)[1]以理論分析結(jié)果驗(yàn)證了有限元模型的有效性，并基于有限元計(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)了絕緣柵雙極型晶體管( Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT) 功率模塊的疲勞壽命。文獻(xiàn)[2]討論了堆疊結(jié)構(gòu)各層的厚度對(duì)模塊可靠性的影響。文獻(xiàn)［3］分析了IGBT 功率模塊的熱應(yīng)力分布，并討論了焊料厚度、空洞率對(duì)模塊傳熱性能的影響。文獻(xiàn)［4］基于ANSYS二次開發(fā)技術(shù)對(duì)汽車功率模塊在熱循環(huán)條件下的失效問題進(jìn)行了模擬分析。文獻(xiàn)［5］采用ANSYS分析了IGBT模塊的封裝熱應(yīng)力，并討論了熱應(yīng)力與分層率之間的關(guān)系。以上工作只考慮了多層堆疊結(jié)構(gòu)的層厚對(duì)模塊熱應(yīng)力的影響，尚未涉及各層的選材和焊接順序。
多層堆疊模塊的內(nèi)部熱應(yīng)力、熱變形與模塊內(nèi)各層選材、結(jié)構(gòu)形式、焊料選用、裝聯(lián)順序密切相關(guān)。本文以某高集成瓦片式模塊為研究對(duì)象，在常用工藝、材料范圍內(nèi)，基于 ANSYS 討論了不同選材、焊接方案對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響，并給出了優(yōu)化方案。
1 有限元模型建立
典型的瓦片式模塊包含環(huán)氧板、泡沫、鈦合金、可伐合金、高溫共燒陶瓷( High Temperature Co-fired Ceramic，HTCC) 、低溫共燒陶瓷( Low Temperature Co-fired Ceram-ic，LTCC) 、Al/SiCp 和連接層（焊錫、環(huán)氧膠），提取其焊接主體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
展開 領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：分析多層膜的優(yōu)秀仿真工具
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子 學(xué)器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。 器件和系統(tǒng)級(jí)工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、 電氣和熱效應(yīng)進(jìn)行建模仿真。
產(chǎn)品之間靈活的互操作性支持將多物理場(chǎng)仿真和光子電路仿真與第三方EDA 工具相結(jié)合的各種工作流程， 以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、 大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
STACK是分析多層膜的最佳仿真工具，和求解麥克斯韋方程相比能迅速仿真如抗反射膜、OLED、VCSEL等組件的光學(xué)特性。能精準(zhǔn)描述多層膜的波動(dòng)光學(xué)特性，如干涉以及微腔效應(yīng)，并支持平面波和偶極子光源。STACK支持腳本運(yùn)算，通過API能和Python或Matlab互操作。
規(guī)格概要
· 支持平面波和偶極子
· 支持大面積多層膜設(shè)計(jì)
· 考慮微腔和干涉效應(yīng)
STACK的主要應(yīng)用
· OLED
· VCSEL
· 抗反射膜
．微腔
· 多層薄膜
主要特點(diǎn)
STACK分析求解器
STACK求解器比直接仿真Maxwell方程的速度更快。它適用千薄膜應(yīng)用的快速原型設(shè)計(jì)，并且可使用平面波和偶極 子光源照明。求解器考慮干涉和微腔效應(yīng)。
通過腳本進(jìn)行互操作
通過Lumerical腳本語言、自動(dòng)化API以及Python和 MATLABAPI實(shí)現(xiàn)互操作性。
展開 
ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項(xiàng)目背景
蒸汽發(fā)生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉(zhuǎn)換的試驗(yàn)裝置，求結(jié)構(gòu)完整性有著至關(guān)重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一，因而計(jì)算器熱膨脹量至關(guān)重要。
2.項(xiàng)目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發(fā)生器排污換熱器梁?jiǎn)卧S模型，對(duì)其在設(shè)計(jì)溫度下的熱膨脹量進(jìn)行計(jì)算，為后續(xù)驗(yàn)證換熱器裝置的結(jié)構(gòu)完整性提供依據(jù)。
3.理論計(jì)算
熱膨脹量理論計(jì)算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數(shù)，△T為溫差，L為管道計(jì)算長度
在本實(shí)例中，溫差△T：管側(cè)為310℃；殼側(cè)為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側(cè)為1500mm；殼側(cè)為800mm
計(jì)算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計(jì)算輸入
熱膨脹分析時(shí)，僅需要加溫度載荷，同時(shí)將框架底部固定約束即可。
展開 ansys18.2焊接過程分析瞬態(tài)熱分析熱應(yīng)力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動(dòng)熱源通過插件實(shí)現(xiàn)
ANSYS燈具散熱殼穩(wěn)態(tài)熱分析-主分析文件
在200℃及以上的熱導(dǎo)率是170W/m^2*K。
環(huán)境一：
設(shè)定環(huán)境溫度40℃，自然對(duì)流系數(shù)25W/m^2*℃。自然散熱面是去掉內(nèi)側(cè)面的所有外側(cè)面。
發(fā)熱量在10個(gè)小燈珠區(qū)域，總計(jì)設(shè)為500W。熱對(duì)流只設(shè)置在外表面。對(duì)流系數(shù)25W/m^2*℃。
劃分網(wǎng)格，求解最高溫度。
初始溫度Initial temperature溫度設(shè)為22℃或者40℃結(jié)果最高溫度是130℃。
按照氣體強(qiáng)制對(duì)流設(shè)置參數(shù)80W/m^2*℃，結(jié)果最高溫度在75℃。
強(qiáng)制對(duì)流，發(fā)熱功率20W，最高溫度54℃。
自然對(duì)流，發(fā)熱功率20W，最高溫度76℃。
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結(jié)構(gòu)二：
散熱貼緊面厚度從1.5mm增長到3慢慢厚，得出的計(jì)算結(jié)果。
最高溫度143℃（溫度增長13℃）。
設(shè)置氣體強(qiáng)制對(duì)流系數(shù)80W/m^2*℃，最高溫度為85℃。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的結(jié)構(gòu)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(chǎng)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(xiàng)目，對(duì)于熟悉APDL語言的使用者而言，可以融合Workbench平臺(tái)和APDL的優(yōu)勢(shì)完成數(shù)值分析。
本篇文章講解，如何在ANSYS WORBENCH環(huán)境通過插入命令流的方式來改變單元類型以完成結(jié)構(gòu)熱耦合分析（以兩個(gè)2D矩形塊摩擦生熱為例來進(jìn)行講解）
01
問題描述
在一個(gè)定塊上，有一個(gè)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(xiàn)在滑塊在定塊表面上滑行3.75mm，欲求解因摩擦而產(chǎn)生的熱量，并計(jì)算滑塊和定塊內(nèi)部的溫度分布和應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)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(gè)耦合單元來計(jì)算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
（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PLANE223，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）定義兩個(gè)載荷步，第一步將動(dòng)塊移動(dòng)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(shè)置中，關(guān)閉結(jié)構(gòu)分析的慣性部分，而只做靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，但是對(duì)于熱分析仍舊做瞬態(tài)熱分析。
（5）由于使用了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果中默認(rèn)是沒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。
展開 ANSYS workbench 芯片瞬態(tài)熱分析 ￥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
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)芯片的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)芯片瞬態(tài)熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)芯片瞬態(tài)熱分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)芯片瞬態(tài)熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片瞬態(tài)熱分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析
燈殼散熱，相同參數(shù)ANSYS計(jì)算。選用AL材料，對(duì)流系數(shù)是曲線值。而SW中熱導(dǎo)率是170W/m^2*K
發(fā)熱量在10個(gè)小燈珠區(qū)域，總計(jì)設(shè)為500W。熱對(duì)流只設(shè)置在外表面。對(duì)流系數(shù)25W/m^2*℃。
初始溫度Initial temperature溫度設(shè)為22℃結(jié)果，最高溫度是130℃。
初始溫度Initial temperature溫度設(shè)為40℃結(jié)果依然是最高溫度130℃。
SW中近似條件下，最高溫度122℃。熱量總數(shù)500W。
SW中近似條件下，最高溫度122℃。熱量按條目是50W。
ANSYS Workbench Mechanical 熱輻射傳熱分析方法操作
如果是初次生成角系數(shù)文件，可插入命令：
VFOPT, NEW, file0, vf, C:/Users/Documents/ANSYS, BINA,1,
該命令生成的角系數(shù)文件雖然會(huì)變小，但使用串行方法計(jì)算角系數(shù)，速度較慢。如果希望并行求解角系數(shù)的同時(shí)壓縮產(chǎn)生的角系數(shù)文件，則可插入命令：
VFOPT, OFF, file0, vf, C:/Users/Documents/ANSYS, BINA,1,
讀取角系數(shù)文件正常使用VFOPT命令讀入即可。
3 求解及后處理
完成以上設(shè)置后，點(diǎn)擊求解得到結(jié)果。在Solution下插入temperature分支，在設(shè)置框中選擇需要顯示溫度的幾何體，然后右鍵點(diǎn)擊temperature，點(diǎn)擊Retrieve This Result生成溫度分布云圖，操作如圖 7所示。
圖 7 選擇需要的幾何體生成溫度分布云圖
生成的結(jié)果如圖 8所示，整體較為合理。
(a) 小圓柱溫度分布
(b) 圓臺(tái)筒溫度分布
圖 8 穩(wěn)態(tài)熱模塊熱輻射案例分析溫度分布
展開 
ansys 熱分析
因此在電源線外線尼龍內(nèi)側(cè)增加電輔熱，保證電源線大于-20℃。
本文通過仿真分析電線輔熱需要的電加熱功率。在-26℃環(huán)溫，主線不通電情況下，自然對(duì)流換熱系數(shù)為(5~10) W/(m2.K) (無外界通風(fēng)干擾)范圍內(nèi)電加熱最高溫度不超過80℃；銅芯最低溫度不低于-20℃。
本文包括以下內(nèi)容
1、穩(wěn)態(tài)計(jì)算需要的電加熱功率
2、瞬態(tài)計(jì)算斷電后溫度降低過程
3、瞬態(tài)計(jì)算靜置后溫度升高過程
圖1-1 升溫過程
圖1-2 放熱過程
圖1-3 穩(wěn)態(tài)
圖1-4 計(jì)算案例
二、計(jì)算過程
2.1 結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格
如圖2-1所示是電線加熱示意圖，整體處于1mm厚度的尼龍PA6保護(hù)下，主線有1.8mm絕緣層PVC保護(hù)，銅芯與絕緣層之間尚有距離，認(rèn)為是空氣。由于實(shí)際情況電加熱與主線會(huì)有接觸，因此模型設(shè)置也有部分接觸，如圖2-1所示。
材料參數(shù)見表1.
圖2-1 模型示意圖
圖2-2 網(wǎng)格
2.2 穩(wěn)態(tài)熱分析
首先輸入邊界條件，
圖2-3 steady-state thermal→insert→convection輸入自然對(duì)流換熱系數(shù)
圖2-4 首先輸入5W/(m^2.K)，環(huán)境溫度為-26℃
圖2-5 再輸入電加熱量64961W/m^3
圖2-6 結(jié)果處理，顯示溫度分布圖和熱流分布圖
圖2-7 最終狀態(tài)并點(diǎn)擊solve進(jìn)行計(jì)算
2.2 瞬態(tài)熱分析
靜置開啟電加熱初始溫度為-26℃
斷電后開啟電加熱初始溫度假設(shè)為30℃
首先是靜置開啟電加熱設(shè)置
圖2-8 設(shè)置初始溫度-26℃
圖2-9 設(shè)置計(jì)算時(shí)長為15000s
其余設(shè)置類似穩(wěn)態(tài)熱分析
圖2-10 設(shè)置最終結(jié)果圖
同樣的設(shè)置斷電后開啟電加熱，初始溫度為30℃。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys電子產(chǎn)品熱可靠性分析解決方案
『點(diǎn)擊觀看直播回放』
根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，電子產(chǎn)品的失效有55% 是跟溫度相關(guān)的，因此熱可靠性分析對(duì)于電子產(chǎn)品來說至關(guān)重要。如何準(zhǔn)確地獲取溫度是熱可靠性分析的前提，Ansys Icepak 的多物理場(chǎng)解決方案具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會(huì)后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
▼▼▼2020 Ansys網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)有獎(jiǎng)反饋 - 可免費(fèi)獲取本場(chǎng)錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓(xùn)券及技術(shù)鄰金幣獎(jiǎng)勵(lì)！
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『或點(diǎn)擊此處進(jìn)入報(bào)名通道』
立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術(shù)”圖片作品大賽
為紀(jì)念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術(shù)”圖片作品大賽，讓您有機(jī)會(huì)充分發(fā)揮自身超強(qiáng)的建模能力，開展巧奪天工的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)作品，可選擇的參賽仿真設(shè)計(jì)主題有16類，涵蓋主要物理領(lǐng)域和新興技術(shù)。
『或點(diǎn)擊此處進(jìn)入報(bào)名通道』
展開 Ansys 案例研究 | 茶壺的熱分析
<h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">概述</strong></h2><p>在本例中，我們將對(duì)茶壺進(jìn)行熱分析，展示鋼材料和瓷材料在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)分析中的溫度分布情況。</p><h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">目標(biāo)</strong></h2><p>對(duì)鋼制和瓷制茶壺進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析。</p><h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">建模步驟</strong></h2><p>打開 Ansys Workbench，創(chuàng)建"穩(wěn)態(tài)熱分析系統(tǒng)"（Steady State Thermal System）。</p><p><br></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">為部件定義材料屬性。此處僅使用鋼和瓷進(jìn)行演示，但應(yīng)使用正確的材料屬性。</span></p><p><br></p><p>導(dǎo)入模型，并抑制一半的對(duì)稱部分。抑制后半部分模型如圖 1 所示。
展開 Ansys 熱分析
剛剛報(bào)道
做點(diǎn)貢獻(xiàn)
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