ansys電流熱效應仿真
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys電流熱效應仿真的視頻教程
從零開始學散熱——實用Ansys Icepak熱仿真教程
培訓-案例文件.rar 從零開始學散熱-Useful Index V0.xlsx 深度介紹熱仿真基本原理，熱設計基本理論知識，解讀導熱材料、散熱器、風扇等常見散熱物料的選型設計方法，并在此基礎上，以Icepak為表達工具，展示產品熱仿真建模方法以及熱方案優化思路。
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ansys電流熱效應仿真的實例教程
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復發生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復發生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 作者 | Wang Yuanteng
上期我們介紹了雷擊直接效應仿真電磁部分，設置了磁場、電流及歐姆損耗監視器并拿到了相應的結果。為了計算雷擊所產生的熱效應，我們將使用瞬態熱求解器Transient Thermal Solver進行計算。另外，還需考慮到熱源，下面我們具體來看是如何進行仿真的。
1.在電磁仿真工程上設置avg_ohmic_loss監視器。這里我們設定計算0-1μs的熱效應，因此設置10個起始點不同，時間長度0.1μs的監視器。
在后處理設置Thermal>thermal loss calculation
點擊開始仿真。
拿到avg_ohmic_loss仿真結果之一如下：
2.創建熱仿真，單擊Simulation Project>All Block as 3D Model，在彈出對話框輸入名稱及選擇工程和求解器類型。
3.在新工程中設置Sources and Loads>Thermal Losses，只需在Project中選中原電磁仿真工程，Source field和loss等信息自動被填寫，選擇value將我們設置的10個avg_ohmic_loss一一導入。
4.求解器設置。將Simulation duration設為1μs，假設環境溫度為-50℃（1萬米高空）。
設置激勵，勾選所有熱源，依次設置Time shift（如下），點擊signal>new signal建立hold信號，保持時間0.1μs。
選擇通過Preview可以看到不同時間在激勵不同熱源。
展開 LS-DYNA考慮熱效應的準靜態拉伸仿真 ￥19.98
有關熱-力耦合仿真，LSTC官方網站中提供了許多相關的例子。本文以材料單軸拉伸試驗為例，說明如何在LS-DYNA中實現熱-力耦合仿真。本例K文件中去除溫度等關鍵字可實現無溫度的準靜態拉伸。
1. 工況
某合金材料以某一速率進行準靜態加載，環境溫度為500攝氏度。試樣網格如圖所示，一端固定，一端進行加載，研究溫度效應對材料的影響。
2. 求解設置
本例子，采用隱式算法，設置*INITIAL_TEMPERATURE、*LOAD_THERMAL，*CONTROL_THERMAL-等關鍵字，實現金屬材料的熱-力耦合求解
3.結果
有效應力云圖：
溫度云圖：常溫算例中，如有僅結構仿真，沒有熱傳導，使試樣中的塑性功90%轉化為溫度。500度算例中，固定端和加載段為剛體材料，不產生熱。
力-位移曲線，從圖中明顯看出溫度的軟化效應。
展開 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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建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業設備耐候性等復雜現實場景，通過熱仿真技術，工程師能夠精準預測設計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產品的效率、可靠性與安全性，從而在研發早期快速調整設計方案，實現產品的最佳性能表現。
Ansys應用類系列網絡研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復雜熱管理問題中的實際應用
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
太陽能電池板將太陽能轉化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩態下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
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微電子元件是冷卻系統中的一個關鍵鏈路。由于反復接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環的作用，因此，焊點處出現裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導
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表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠將電子元件直接貼裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發了對焊點熱疲勞壽命以及故障發生情況的擔憂。
表面貼片電阻會受到熱循環的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結構上產生熱應力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環節，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產生稱為蠕變的變形
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。這種反復的熱膨脹和機械變形會導致機械疲勞[1]，
用于仿真的幾何形狀包含一個單元的耦合組件，以及一段連接到電源的
槽間母線板。它由陽極頂部和四個中心柱組成，柱上固定著銅棒和銅條。
施加直流電流及溫度，以及對流散熱等邊界條件。
DC-Link 薄膜電容是電動汽車電驅系統中的一個重要組成部分，在反復充放電的過程中會導致電容發熱，影響其使用壽命。
本文基于ANSYS 仿真軟件對某型號DC-Link 薄膜電容器進行溫度場分析，結果表明，在
高溫環境中，電容器芯子中心處為溫度最高點，而配備散熱器后，最高溫度點轉移至遠離散熱器的外殼處，散熱器能顯著降低芯子溫度。
1.基于某款實際電容產品簡化的3D模型
