ansys電流熱效應(yīng)耦合的案例
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)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(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。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(dǎo)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(duì)稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)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(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)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(shí)，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(fā)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(fā)生主要的相變，計(jì)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(fù)發(fā)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(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)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(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。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(dǎo)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(duì)稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)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(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)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(shí)，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(fā)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(fā)生主要的相變，計(jì)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(fù)發(fā)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(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 【Ansys線上直播回看】先進(jìn)芯片設(shè)計(jì)中熱效應(yīng)的可靠性分析
『點(diǎn)擊觀看直播回放』
在先進(jìn)工藝下，隨著芯片規(guī)模與功耗密度的提高，考慮熱效應(yīng)的可靠性分析成為了Sign-off標(biāo)準(zhǔn)的一環(huán)。Ansys通過先進(jìn)的熱模型提供芯片，封裝和系統(tǒng)聯(lián)合的熱分析方案，Ansys已經(jīng)與各大主流Foundry合作，在熱分析領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
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，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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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)。
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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(jì)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(dòng)過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導(dǎo)致盤片變形，變形的盤片進(jìn)一步影響盤片和摩擦片的接觸關(guān)系，又進(jìn)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(jìn)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(duì)剎車盤進(jìn)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(dǎo)入Hypermesh中進(jìn)行幾何清理（將小孔、窄邊等進(jìn)行優(yōu)化）和網(wǎng)格劃分，如圖3所示，值得注意的是WB對(duì).inp格式（Abaqus）的網(wǎng)格兼容性較好，因此Hypermesh導(dǎo)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(duì)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(dǎo)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(duì)于熱力耦合分析，比熱容、線膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)是三個(gè)必要的熱力學(xué)參數(shù)。
展開 
ansys workbench太陽能加熱鋁鍋熱固耦合 ￥19.89
<p>在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺(tái)開展了太陽能加熱鋁鍋的熱-結(jié)構(gòu)耦合（熱固耦合）數(shù)值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽輻射加熱過程中的溫度場演化規(guī)律及其對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形的影響。太陽能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發(fā)熱應(yīng)力集中和局部形變。為了準(zhǔn)確模擬實(shí)際工況，模型考慮了太陽輻射強(qiáng)度、對(duì)流換熱邊界條件及材料熱物性參數(shù)的溫度依賴性，通過熱分析模塊計(jì)算溫度分布，再將溫度場傳遞至結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行應(yīng)力與變形分析，實(shí)現(xiàn)溫度場與結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的耦合。</p><p>分析結(jié)果表明，鋁鍋在太陽能加熱過程中鍋底與側(cè)壁區(qū)域存在明顯的溫差，最大溫度集中在直接受光照區(qū)域；而結(jié)構(gòu)響應(yīng)方面，鍋體邊緣和連接區(qū)域產(chǎn)生了較大熱應(yīng)力，可能成為未來失效的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。隨著加熱時(shí)間的增長，整體熱變形逐步增加，體現(xiàn)出鋁材料在熱環(huán)境下的良好導(dǎo)熱性與一定程度的熱膨脹響應(yīng)。本研究為太陽能炊具的熱設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)和仿真手段，有助于提升其使用壽命和安全性能，也為后續(xù)開展多物理場耦合分析奠定基礎(chǔ)。</p><p>1 材料參數(shù)</p><p>（1）結(jié)構(gòu)鋼</p><p>其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)如下圖所示。
展開 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 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 基于 Ansys 軟件的光機(jī)熱耦合解決方案
八月底，熱門話題【基于 Ansys 軟件的光機(jī)熱耦合解決方案】研討會(huì)即將開啟！
研討會(huì)預(yù)告
研討會(huì)大綱
光機(jī)熱集成分析背景
光學(xué)系統(tǒng)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(tǒng)的 STOP 分析
研討會(huì)信息
主題：基于 Ansys 軟件的光機(jī)熱耦合解決方案
時(shí)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(huì)議
費(fèi)用：免費(fèi)
如您對(duì)本次研討會(huì)有興趣，可長按識(shí)別上方二維碼，即刻報(bào)名（名額有限，額滿即止。）
另外，我們針對(duì)本次研討會(huì)創(chuàng)建了交流群，歡迎聯(lián)系工作人員申請(qǐng)進(jìn)群！
展開 ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥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)三通管道的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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AnsysWB匯流排電-熱耦合仿真 ￥10
用于仿真的幾何形狀包含一個(gè)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(gè)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(duì)流散熱等邊界條件。
AnsysWB直流母線電容DC Link電-熱耦合仿真 ￥30
本文基于ANSYS 仿真軟件對(duì)某型號(hào)DC-Link 薄膜電容器進(jìn)行溫度場分析，結(jié)果表明，在
高溫環(huán)境中，電容器芯子中心處為溫度最高點(diǎn)，而配備散熱器后，最高溫度點(diǎn)轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)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(shí)際電容產(chǎn)品簡化的3D模型
2.環(huán)境溫度85℃、帶TIM散熱膠及鋁合金散熱冷板
3.考慮直流輸入電流及紋波電流，芯包損耗發(fā)熱的電-熱耦合工況
4.電流、發(fā)熱量等數(shù)據(jù)為假設(shè)值，實(shí)際仿真以真實(shí)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)
5.模型可以為真實(shí)的DC Link熱仿真工作提供極具價(jià)值的參考。
ansys經(jīng)典界面-熱應(yīng)力耦合分析（壓力容器）
“ansys經(jīng)典界面”相對(duì)于“ansys workbench”而言，界面操作的缺點(diǎn)和不便確實(shí)是顯而易見的，但是對(duì)于初學(xué)者而言，尤其是像剛剛?cè)腴T的研究生而言，確實(shí)是了解有限元分析流程的一把利器。
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 ANSYS兩厚壁筒熱應(yīng)力分析(間接耦合)
前言：
間接耦合分析與直接耦合分析的一個(gè)很大的區(qū)別是單元選擇問題。間接耦合分析時(shí)針對(duì)單一的物理場選取合適的單元即可，在另一個(gè)物理場情況下更改單元類型即可。而直接耦合分析選擇單元時(shí)需要保證該單元具有所需的所有自由度。ANSYS幫助文檔中可以查到很多專門用于直接耦合分析的耦合單元。
熱結(jié)構(gòu)間接耦合分析主要包括如下幾個(gè)步驟：
第一步：進(jìn)行溫度場分析的前處理并寫溫度場物理分析文件
第二步：進(jìn)行結(jié)構(gòu)場分析的前處理并寫結(jié)構(gòu)場物理分析文件
第三步：讀取溫度場物理分析文件進(jìn)行求解和后處理
第四步：讀取結(jié)構(gòu)場物理分析文件并讀取溫度場計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)場求解和后處理
問題描述：
如下圖二維界面圖所示。A1為鋼筒截面，內(nèi)徑0.1875，外徑0.4，高0.05，熱傳導(dǎo)系數(shù)2.2。A2為鋁筒截面，內(nèi)徑0.4，外徑0.6，高0.05。鋼筒內(nèi)壁溫度200，鋁筒外壁70，熱傳導(dǎo)系數(shù)10.8。參考溫度70。兩截面的下邊線Y方向?yàn)?位移約束，其余三邊施加位移耦合。求取兩筒的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力分布情況。
熱分析結(jié)果：
筒截面溫度分布云圖
結(jié)構(gòu)分析結(jié)果：
擴(kuò)展后的等效應(yīng)力分布云圖
命令流文件：
FINISH
/FILNAME,Exercise ! 定義分析文件名
! 第一步：進(jìn)行溫度場分析的前處理并寫溫度場物理分析文件
/prep7 ! 進(jìn)入前處理器
et,1,plane77,,,1 ! 選擇PLANE77熱分析單元并設(shè)置為軸對(duì)稱分析
mp,kxx,1,2.2 ! 定義鋼筒熱傳導(dǎo)系數(shù)
mp,kxx,2,10.8 ! 定義鋁筒熱傳導(dǎo)系數(shù)
rectng,.1875,.4,0,.05 !
展開 Ansys 案例研究 | 瞬態(tài)熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應(yīng)力生成
過高的溫度或頻繁的溫度波動(dòng)會(huì)引發(fā)材料老化、信號(hào)失真，并因材料間熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生熱應(yīng)力，最終導(dǎo)致焊點(diǎn)開裂、器件失效等故障。因此，評(píng)估 PCB 可靠性必須進(jìn)行瞬態(tài)熱力耦合分析，即先分析動(dòng)態(tài)溫度場，再計(jì)算由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
目標(biāo)
通過高保真建模仿真，系統(tǒng)觀察并量化印刷電路板（PCB）上關(guān)鍵元器件在瞬態(tài)熱載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)與應(yīng)力表現(xiàn)。
方法闡述
本研究采用瞬態(tài)熱-力順序耦合仿真方法。首先，基于元件的真實(shí)功耗曲線與環(huán)境邊界條件，進(jìn)行高精度瞬態(tài)熱分析，獲取從啟動(dòng)、負(fù)載變動(dòng)到穩(wěn)態(tài)的全過程溫度場時(shí)序數(shù)據(jù)。隨后，將該瞬態(tài)溫度場作為體載荷映射至結(jié)構(gòu)模型，通過有限元分析求解其引發(fā)的熱應(yīng)力與應(yīng)變場。
仿真步驟
1.打開 ANSYS Workbench，創(chuàng)建“瞬態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)（Transient Thermal System）”。
2.關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分析，將“瞬態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（Transient Structural System）”拖拽至瞬態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)的求解（Solution）單元格上，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)分析系統(tǒng)間四個(gè)單元的共享。
3.定義部件的材料屬性，此處示例使用的是鋼，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)需根據(jù)真實(shí)材料設(shè)置參數(shù)。
4.導(dǎo)入模型，其效果如圖所示。
5.分配材料至幾何體。
6.在模型上施加相關(guān)的熱邊界條件，如圖 2 所示。
7.求解該模型，然后將本次分析結(jié)束時(shí)刻或每個(gè)時(shí)間步的溫度作為初始體溫度輸入到瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中（如圖 3 所示）。用戶可以從瞬態(tài)熱分析的溫度圖表中復(fù)制并粘貼源時(shí)間（Source Time）和分析時(shí)間（Analysis Time）的數(shù)據(jù)。
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