ansys熱應(yīng)力耦合分析的案例
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(jiàn)的，但是對(duì)于初學(xué)者而言，尤其是像剛剛?cè)腴T(mén)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(wèn)題。間接耦合分析時(shí)針對(duì)單一的物理場(chǎng)選取合適的單元即可，在另一個(gè)物理場(chǎng)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(mén)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(chǎng)分析的前處理并寫(xiě)溫度場(chǎng)物理分析文件
第二步：進(jìn)行結(jié)構(gòu)場(chǎng)分析的前處理并寫(xiě)結(jié)構(gòu)場(chǎng)物理分析文件
第三步：讀取溫度場(chǎng)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(chǎng)物理分析文件并讀取溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)場(chǎng)求解和后處理
問(wèn)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(chǎng)分析的前處理并寫(xiě)溫度場(chǎng)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(kāi) 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(guò)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(kāi)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(chǎng)，再計(jì)算由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
目標(biāo)
通過(guò)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(guò)程溫度場(chǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)。隨后，將該瞬態(tài)溫度場(chǎng)作為體載荷映射至結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)有限元分析求解其引發(fā)的熱應(yīng)力與應(yīng)變場(chǎng)。
仿真步驟
1.打開(kāi) 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)。
展開(kāi) 管道的熱固耦合計(jì)算及管道熱應(yīng)力分析!
圖1 管道結(jié)構(gòu)示意圖
二、設(shè)計(jì)思路
幾何模型建立
流體域網(wǎng)格劃分
Fluent 計(jì)算
溫度加載
穩(wěn)態(tài)熱分析
溫度加載
熱應(yīng)力分析
三、模型建立
在workbench 的工具箱中拖拽Fluid Flow（Fluent）、Steady-State Thermal 和Static Structural模塊進(jìn)入工作界面中，數(shù)據(jù)傳送關(guān)系如圖2 所示。
圖2 數(shù)據(jù)傳送關(guān)系
在SolidWorks 中建立相應(yīng)模型， 并轉(zhuǎn)化成ansys 適用的x_t 格式。雙擊A2 打開(kāi)DesignModeler，導(dǎo)入相應(yīng)模型。
圖3 模型分別在SolidWorks 中和在DesignModeler 中顯示
選擇Tools 工具欄下的Fill 命令，選定管道內(nèi)壁的三個(gè)面，單擊Details View 面板中的Apply按鈕，之后單擊Generate 按鈕，生成相應(yīng)的流體域，并將流體域命名為Fluid。在流體域Fluid中分別定義冷流入口端面，熱流入口端面1，熱流入口端面為2 為coldinlet，hotinletone 和hotinlettwo，定義出口端面為outlet。
展開(kāi) 
【11月15-16日 上海】ANSYS官方培訓(xùn)—PCB熱-應(yīng)力可靠性和多場(chǎng)耦合分析培訓(xùn)班
PCB熱-應(yīng)力可靠性和多場(chǎng)耦合分析培訓(xùn)班
培訓(xùn)背景
電路的集成規(guī)模越來(lái)越大，I/O數(shù)越來(lái)越多，PCB互連密度不斷加大，隨之帶來(lái)許多PCB及集成電路封裝可靠性問(wèn)題。ANSYS專門(mén)針對(duì)PCB設(shè)計(jì)分析解決方案，可以快速?gòu)腅CAD中直接導(dǎo)入PCB熱物參數(shù)，從而能在Mechanical中進(jìn)行準(zhǔn)確的PCB板熱力、疲勞、隨機(jī)振動(dòng)、跌落等可靠性問(wèn)題的仿真。ANSYS針對(duì)集成電路封裝也提供強(qiáng)大解決方案，可以快速準(zhǔn)確進(jìn)行集成電路熱應(yīng)力問(wèn)題、封裝翹曲、焊球疲勞問(wèn)題、裂紋預(yù)測(cè)及擴(kuò)展等可靠性分析。
本次培訓(xùn)從解決PCB及集成電路封裝結(jié)構(gòu)可靠性基礎(chǔ)功能入手，逐步深入到ANSYS解決PCB及集成電路封裝結(jié)構(gòu)可靠性高級(jí)解決方案，并將演示國(guó)外專家解決集成電路封裝可靠性問(wèn)題的多層次模型方案。
為了解決集成電路封裝結(jié)構(gòu)可靠性仿真需求，提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)水平，普及ANSYS軟件高級(jí)功能。因此，ANSYS公司特開(kāi)辦“PCB熱-應(yīng)力可靠性和多場(chǎng)耦合分析培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書(shū)。
展開(kāi) ansys18.2焊接過(guò)程分析瞬態(tài)熱分析熱應(yīng)力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過(guò)程分析
移動(dòng)熱源通過(guò)插件實(shí)現(xiàn)
熱應(yīng)力耦合分析材料
間接法熱應(yīng)力耦合分析練習(xí).rar
耦合場(chǎng)分析_熱應(yīng)力.rar
“順序耦合熱應(yīng)力分析”操作過(guò)程
順序耦合熱應(yīng)力分析：
1.先進(jìn)行單純的熱分析，就是在劃分網(wǎng)格，設(shè)置分析步時(shí)都用"heat transfer"
做出來(lái)的結(jié)果是一個(gè)熱分析結(jié)果，保存在指定位置。
2.然后對(duì)同一個(gè)集合模型在建立一個(gè)分析，也就是前面熱分析的基礎(chǔ)上，稍微改動(dòng)一下，劃分網(wǎng)格時(shí)用3D Stress，設(shè)置分析步時(shí)用Static,Geneal，最重要的是要導(dǎo)入前面熱分析的結(jié)果，這個(gè)導(dǎo)入在LOAD模塊里，打開(kāi)“Edit Predefined field” 對(duì)話框，在“Distribution”:后面選擇“From results or output database file”,然后點(diǎn)擊“File name” 后面的“select”去選中你熱分析所保存的結(jié)果文件，計(jì)算運(yùn)行時(shí)，應(yīng)力分析時(shí)，軟件自己就可以去讀取熱分析的結(jié)果。
順序熱耦合.part03.rar
順序熱耦合.part01.rar
順序熱耦合.part02.rar
展開(kāi) ABAQUS之熱應(yīng)力 順序耦合分析-終章
由于順序耦合分兩個(gè)求解模型，先進(jìn)行熱分析，然后才能進(jìn)行應(yīng)力分析。今天就先跟大家分享第一步-熱分析。下面詳解每個(gè)步驟的設(shè)置。
目標(biāo)：材料定義，熱學(xué)接觸設(shè)置，散熱設(shè)置。
材料：定義了兩種材料，Bolt-steel及Vessel-steel，材料參數(shù)隨溫度而變化，具體數(shù)值可下載模型查看（SI單位）。建立solid 截面屬性，并分配給相應(yīng)part。
圖2 材料參數(shù)
分析步設(shè)置：本案例設(shè)置了兩個(gè)分析步，step-1為穩(wěn)態(tài)熱分析部， step-2為瞬態(tài)熱分析步，分析時(shí)長(zhǎng)1800S，得到不同時(shí)刻結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分布。
圖3 分析步設(shè)置
相互作用設(shè)置：定義接觸傳熱，接觸屬性里采用Tabular定義不同間隙時(shí)接觸面導(dǎo)熱系數(shù)，然后通過(guò)自動(dòng)搜尋建立4組接觸對(duì)（均采用同一接觸屬性），另對(duì)容器內(nèi)表面上下兩部分和外表面分別建立對(duì)流換熱，seal與Head建立Tie約束。如圖4所示。
圖4 相互作用設(shè)置
邊界條件：預(yù)定義場(chǎng)設(shè)置所有區(qū)域初始溫度為70。
展開(kāi) 『下載』熱應(yīng)力耦合分析的視頻
關(guān)于熱應(yīng)力耦合的視頻，特別適合初學(xué)者！！！
基于Ansys WB耦合場(chǎng)瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車(chē)盤(pán)）
基于Ansys WB耦合場(chǎng)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(chē)盤(pán)制動(dòng)過(guò)程，盤(pán)片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導(dǎo)致盤(pán)片變形，變形的盤(pán)片進(jìn)一步影響盤(pán)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(chǎng)分析模塊，無(wú)論是順序耦合和完全耦合，均不需要插入命令流，大大簡(jiǎn)化了分析流程。本文采用耦合場(chǎng)瞬態(tài)模塊進(jìn)行完全熱-力耦合分析。
圖1 WB耦合場(chǎng)模塊
2、三維模型搭建與網(wǎng)格劃分
利用solidworks對(duì)剎車(chē)盤(pán)進(jìn)行三維模型的搭建，摩擦片距剎車(chē)盤(pán)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(guò)多的介紹前處理部分，主要針對(duì)耦合場(chǎng)的搭建與分析。
圖2剎車(chē)盤(pán)三維模型
圖3 剎車(chē)盤(pán)網(wǎng)格劃分
3、耦合場(chǎng)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(kāi) 
ANSYS workbench泵殼熱應(yīng)力分析 ￥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)泵殼的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)線性熱結(jié)構(gòu)耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)泵殼熱結(jié)構(gòu)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 泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
展開(kāi) 基于ANSYS Workbench的噴管熱應(yīng)力分析
噴管處于幾千K的高溫工作環(huán)境中，其熱分析工作是不可忽略的，國(guó)外投入大量的人力物力進(jìn)行研究，Melia P.F等對(duì)噴管熱分析進(jìn)行深入細(xì)致的工作。但值得指出的是，有關(guān)噴管熱分析的文獻(xiàn)大都是綜述性的報(bào)導(dǎo)，結(jié)合具體的工作結(jié)構(gòu)及分析所用的具體材料性能等詳實(shí)內(nèi)容大都未提及。六十年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始發(fā)展噴管的熱結(jié)構(gòu)、熱防護(hù)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的分析工作也得到充分重視。涉及噴管熱分析方面的工作的綜述也有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。何洪慶等對(duì)噴管的熱傳導(dǎo)、噴管喉襯部件以及噴管熱分析試驗(yàn)做了相關(guān)分析研究工作。以上提及的研究工作對(duì)于噴管零部件熱分析在理論方面比較深入，并有充分的試驗(yàn)配合，而對(duì)于整個(gè)噴管的熱應(yīng)力分析結(jié)合工程實(shí)際十分緊密的研究卻相對(duì)較少。
本文為實(shí)現(xiàn)熱流固耦合，將運(yùn)用Fluent、Steady-State和Static Structure這三個(gè)模塊進(jìn)行分析。首先進(jìn)行Fluent和Steady-State的熱流雙向耦合，利用System Coupling模塊設(shè)置雙向耦合，在Fluent里，設(shè)置能量方程打開(kāi)，由于氣流是一種高溫高壓高雷諾數(shù)的流體，所以選擇k-epsilon粘性模式，并且在Fluent里設(shè)置流體與結(jié)構(gòu)之間的流固耦合面，Steady-State里也要設(shè)置好結(jié)構(gòu)與流體之間的流固耦合面。進(jìn)行熱流雙向耦合之后，將Steady-State得到結(jié)構(gòu)上的溫度場(chǎng)分布，再將熱場(chǎng)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到Static Structural模塊，進(jìn)行熱應(yīng)力分析。
對(duì)于熱流耦合分析及后面的溫度載荷作用下的結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析，對(duì)噴管結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些必要的簡(jiǎn)化，刪除螺栓連接孔等。由于模型的對(duì)稱特性，只分析一半模型，對(duì)稱面上施加對(duì)稱邊界條件。由于噴管在工作時(shí)結(jié)構(gòu)中存在著高溫情況，故采用M247彈塑性材料本構(gòu)進(jìn)行彈塑性非線性問(wèn)題計(jì)算。
展開(kāi) 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(yǔ)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(guò)插入命令流的方式來(lái)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(lái)進(jìn)行講解）
01
問(wèn)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(wèn)題分析
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(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。
展開(kāi) ANSYS Workbench鍋爐給水管熱應(yīng)力分析 ￥20
圖4 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)
圖5 穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力場(chǎng)（應(yīng)力強(qiáng)度）
3瞬態(tài)熱應(yīng)力分析
20min間斷供水開(kāi)始時(shí)，金屬溫度為飽和水的溫度，即190.7℃。在進(jìn)行瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析時(shí)，認(rèn)為50℃冷水按照1.377m/s的速度均均向前推進(jìn)，通過(guò)給水管的時(shí)間為0.302s。為了計(jì)算最后達(dá)到穩(wěn)定傳熱是的溫度場(chǎng)，計(jì)算最終時(shí)間為300s。分析中共采用了18個(gè)載荷步，如表2所示。
表2 熱分析載荷步
在Workbench的瞬態(tài)熱分析中默認(rèn)設(shè)置的初始溫度是整個(gè)結(jié)構(gòu)均勻一致，如果初始溫度不一致，可先進(jìn)行一次穩(wěn)態(tài)熱分析，然后把穩(wěn)態(tài)熱分析的溫度場(chǎng)結(jié)果作為瞬態(tài)熱分析的初始溫度。在本例中，結(jié)構(gòu)的初始溫度均勻一致，為190.7℃。
圖6 瞬態(tài)溫度場(chǎng)（1s）
圖7 瞬態(tài)溫度場(chǎng)（10s）
圖8 瞬態(tài)溫度場(chǎng)（40s）
圖6到圖8給出了不同時(shí)間下的瞬態(tài)溫度場(chǎng)云圖，取管子內(nèi)表面為路徑，可以得到不同時(shí)刻的溫度分布情況，如圖9所示。圖中橫坐標(biāo)為到零時(shí)刻冷熱水交界面的距離。可以看出，0.2s、0.5s、1s時(shí)的溫度曲線呈現(xiàn)明顯的臺(tái)階狀（這是由于熱分析邊界條件采用與時(shí)間步對(duì)應(yīng)的階越方式，如果時(shí)間步足夠小，臺(tái)階將消失）。同時(shí)，2s、5s、10s、40s的溫度曲線在與管板連接區(qū)域有明顯的“凸臺(tái)”，這是因?yàn)楣馨鍖崃吭丛床粩嗟貍魉偷剿苌稀Ｔ?0s時(shí)，溫度逐漸趨于穩(wěn)定。
圖10 給水管內(nèi)壁溫度分布曲線
圖11 給水管內(nèi)壁應(yīng)力強(qiáng)度分布曲線
圖10給出了1s、2s、5s、10s、40s時(shí)給水管內(nèi)壁的應(yīng)力強(qiáng)度曲線。與圖9的情況類似，最終的應(yīng)力峰值出現(xiàn)在與管板交界的區(qū)域。圖11為300s時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度云圖，屈服區(qū)域明顯變大，最大應(yīng)力強(qiáng)度增加至332.34MPa，比連續(xù)給水時(shí)高出16%。
圖12 300s時(shí)瞬態(tài)應(yīng)力場(chǎng)（應(yīng)力強(qiáng)度）
算例源文件見(jiàn)付費(fèi)內(nèi)容
展開(kāi) 