ANSYS算熱應(yīng)力的案例
焊接/鍵合殘余應(yīng)力與變形怎么算？Abaqus 熱-力順序耦合與 DFLUX 詳解 ￥59.9
力學(xué)控制方程與熱應(yīng)變
焊接/鍵合后的固體力學(xué)響應(yīng)（小–中變形，幾何非線性可按需開啟）：
靜力平衡：
其中 為 Cauchy 應(yīng)力， 為體力密度（可忽略）。
位移邊界：
彈性本構(gòu)（各向同性）：
含溫度依賴的 。
塑性與硬化（示例：J2 + 組合硬化；僅示意）：
等效應(yīng)力：， 為偏應(yīng)力；
屈服函數(shù)：；
演化：，并可含各向/隨動硬化項；
一致性條件：。
順序耦合的本質(zhì)：先用熱方程得到 ，再把它作為已知外場驅(qū)動固體力學(xué)問題（通過 與溫度依賴材料參數(shù)），時間上保持同一時間軸或可匹配的時間段。
熱-力耦合
熱傳導(dǎo)與移動熱源
其中 即 Goldak 雙橢球體熱源; 表面邊界含對流/輻射條件:
熱彈塑性平衡方程
耦合流程
順序耦合中，熱分析得到的 （或其在積分點/節(jié)點的離散值）通過 TEMPERATURE, FILE=... 輸入到力學(xué)模型。
解熱方程得 ;
在力學(xué)步中按時間步讀入 , 由 生成熱應(yīng)變, 并以溫度退化的 與屈服準(zhǔn)則/硬化規(guī)律推進(jìn)塑性;
在冷卻階段, 不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變與結(jié)構(gòu)約束共同“鎖定”殘余應(yīng)力。
要求：
網(wǎng)格一致（最好共享相同拓?fù)渑c節(jié)點）；
時間軸覆蓋（力學(xué)步的時間點應(yīng)落在熱步范圍內(nèi)，或可插值）；
參考溫度一致（材料模型中的 與初始溫度設(shè)置一致）；
邊界與最小約束合理，去除剛體模態(tài)。
3. 總體流程與工程目錄
Python 腳本自動創(chuàng)建幾何/網(wǎng)格/材料/邊界與分析步，分別寫出熱（THinp）與力學(xué)（MEinp）輸入；
DFLUX 計算體熱源 q(x,y,z,t)；
Mechanical 通過 *TEMPERATURE, FILE=<thermal job> 讀取熱場。
展開 ANSYS計算土壤中管道溫度應(yīng)力算例
* 利用ANSYS計算土壤中管道溫度應(yīng)力
!* Example for thermal stress of a pipe inside soil with ANSYS
! 作者：陸新征，清華大學(xué)土木工程系
! Author: Lu Xinzheng Dept. Civil Engrg. of Tsinghua University
!* Feb, 15, 2006
!*
*SET,R1,5 ! 內(nèi)徑大小
*SET,R2,6 ! 外徑大小
*SET,L,20 ! 土體計算范圍
/prep7
!* 生成關(guān)鍵點模型
k,1001,0,0,
k,1,0,R1,
k,2,0,-R1
k,3,R1,0
k,4,0,-R2
k,5,R2,
k,6,0,R2
k,7,0,-L
k,8,L,-L
k,9,l,0
k,10,L,l
k,11,0,L
!* 生成線段
l,1,6
larc,1,3,1001,R1
larc,3,2,1001,R1
l,2,4
larc,5,4,1001,R2
larc,6,5,1001,R2
l,3,5
l,4,7
l,7,8
l,8,9
l,5,9
l,9,10
l,10,11
l,6,11
al,3,4,5,7
al,1,2,7,6
al,8,9,10,11,5
al,11,12,13,14,6
ET,1,PLANE42
!*
!* 混凝土材料
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,30e9
MPDATA,PRXY,1,,0.2
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,1e-5 ! 熱膨脹系數(shù)
!
展開 AnsysWB-基于熱循環(huán)載荷的焊球熱應(yīng)力仿真 ￥15
由于反復(fù)接通和斷開電源，微電子元件受
</div><div contenteditable="false" width="100%">
到熱循環(huán)的作用，因此，焊點處出現(xiàn)裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導(dǎo)
</div><div contenteditable="false" width="100%">
致故障。
</div><p>本例基于 “非線性結(jié)構(gòu)材料模塊”中的模型 “黏塑性焊點”。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png?
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
移動熱源通過插件實現(xiàn)
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。
技術(shù)鄰Ansys培訓(xùn)如何快速掌握熱應(yīng)力核心技能？
技術(shù)鄰Ansys定制培訓(xùn)可使工程師30天內(nèi)獨立完成熱應(yīng)力分析項目，方案落地率達(dá)85%，已累計為汽車、機(jī)械、新能源等10余個行業(yè)培養(yǎng)12000+專業(yè)人才，成為企業(yè)突破熱應(yīng)力技術(shù)瓶頸的核心助力。
在工業(yè)研發(fā)中，Ansys熱應(yīng)力分析技術(shù)的價值已得到廣泛認(rèn)可，但企業(yè)工程師普遍面臨“會操作軟件不會解決實際問題”“懂理論卻不懂工況適配”的痛點——某新能源企業(yè)調(diào)研顯示，未接受專業(yè)培訓(xùn)的工程師，完成一個電池包熱應(yīng)力分析項目平均需15天，且方案落地率僅30%。針對這一行業(yè)困境，技術(shù)鄰基于8年企業(yè)培訓(xùn)經(jīng)驗，打造了“需求溝通-模型提交-分析培訓(xùn)-售后保障”一站式Ansys定制培訓(xùn)體系，學(xué)員滿意度達(dá)95%以上，徹底打破“技術(shù)學(xué)習(xí)與工程實踐脫節(jié)”的壁壘。
培訓(xùn)特色精準(zhǔn)直擊企業(yè)核心需求，區(qū)別于通用類培訓(xùn)的“泛化教學(xué)”。
其一，一對一定制服務(wù)貫穿全程：培訓(xùn)啟動前，專屬專員與企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行2-3輪深度溝通，明確產(chǎn)品類型（如機(jī)械框架、新能源電池包）、研發(fā)痛點（如熱疲勞失效、熱失控防護(hù)）及培訓(xùn)目標(biāo)（如獨立完成仿真項目、輸出優(yōu)化方案），結(jié)合企業(yè)實際工況定制課程內(nèi)容。數(shù)據(jù)顯示，這種定制化方案使知識吸收率比通用培訓(xùn)高42%，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平。
其二，實戰(zhàn)化教學(xué)模式確?！皩W(xué)完即能用”：學(xué)員需提交企業(yè)真實項目的3D模型、材料參數(shù)及工況數(shù)據(jù)，講師將這些實際數(shù)據(jù)融入每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，從模型簡化（刪除非關(guān)鍵特征以提升仿真效率）、網(wǎng)格劃分（結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格占比優(yōu)化至80%以上）、邊界條件設(shè)置（結(jié)合實驗數(shù)據(jù)反推對流換熱系數(shù)）到結(jié)果解讀，全程復(fù)刻企業(yè)真實工作流程。據(jù)技術(shù)鄰統(tǒng)計，90%學(xué)員可在培訓(xùn)后1個月內(nèi)獨立完成簡單熱應(yīng)力分析項目，60%能直接解決企業(yè)研發(fā)中的實際熱應(yīng)力問題。
展開 AnsysWB-FSW(攪拌摩擦焊熱應(yīng)力仿真) ￥10
產(chǎn)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(xù)的固體焊縫。整個過程中不會發(fā)生熔化，產(chǎn)生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度。攪拌摩擦焊相較于傳統(tǒng)焊接技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，并已在航空航天、汽車和造船等行業(yè)成功應(yīng)用。
在攪拌摩擦焊過程中，熱行為和機(jī)械行為是相互依存的。由于溫度場會影響應(yīng)力分布，因此本示例采用了一個完全熱機(jī)械耦合模型。該模型由具有結(jié)構(gòu)和熱自由度的耦合場實體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個圓柱形工具。在模型上施加了所有必要的機(jī)械和熱邊界條件。模擬分三個載荷步進(jìn)行，分別代表過程中的壓入、停留和移動階段。
計算得出的摩擦熱生成量和塑性熱生成量表明，工具肩部與工件之間的摩擦是產(chǎn)生大部分熱量的原因。在板片的接觸界面處規(guī)定了一個粘結(jié)溫度，以此來模擬工具后面的焊接過程。當(dāng)接觸表面的溫度超過這個粘結(jié)溫度時，接觸狀態(tài)就會轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)狀態(tài)
展開 ANSYS workbench錐形透鏡瞬態(tài)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
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)錐形透鏡的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)線瞬態(tài)熱結(jié)構(gòu)耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)錐形透鏡熱結(jié)構(gòu)耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)錐形透鏡熱結(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 錐形透鏡瞬態(tài)熱應(yīng)力分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
AnsysWB-表面貼片電阻的熱載荷應(yīng)力仿真 ￥15
表面貼片電阻會受到熱循環(huán)的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生熱應(yīng)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(huán)節(jié)，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產(chǎn)生稱為蠕變的變形。
基于ANSYS Workbench的噴管熱應(yīng)力分析
通過對噴管熱應(yīng)力的分析，首先進(jìn)行流固耦合分析，得到噴管整體結(jié)構(gòu)的溫度場分析，看到噴管的溫度場在轉(zhuǎn)動板稍微向上的外殼附近存在著明顯的溫度梯度，熱應(yīng)力的產(chǎn)生來源一種是結(jié)構(gòu)中存在著明顯的溫度梯度，另外就是在結(jié)構(gòu)約束的地方存在熱應(yīng)力。一般而言，溫度梯度越大，約束越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力值則越大，按照線彈性理論分析，則會出現(xiàn)有些結(jié)構(gòu)部件會失效的情況，然而這與實際情況不符合，因此需要對噴管結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析進(jìn)行彈塑性本構(gòu)材料的熱應(yīng)力分析，彈塑性材料的熱應(yīng)力分析結(jié)果表明，噴管在溫度梯度大的地方，以及在溫度梯度較大并存在約束的地方的等效熱應(yīng)力值超過了材料的屈服極限，但是小于材料的抗拉強(qiáng)度，說明噴管結(jié)構(gòu)局部進(jìn)入塑性變形區(qū)，結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生破壞。并且分三種模型分別考慮溫度場和考慮溫度場及氣動載荷共同作用下的仿真，仿真結(jié)果表明，導(dǎo)流板的下移之后，噴管結(jié)構(gòu)的溫度場有一定的下降，并且考慮彈塑性熱應(yīng)力仿真分析表明，隨著溫度場的下降，結(jié)構(gòu)的彈性等效應(yīng)力下降。在原始模型和下降2mm的模型仿真后噴管在氣動載荷和溫度載荷作用下結(jié)構(gòu)的最大位移出現(xiàn)在導(dǎo)流板上，而導(dǎo)流板下降4mm后的仿真表明，結(jié)構(gòu)的最大位移還是受溫度場的影響明顯，出現(xiàn)在噴管外側(cè)板的頂端，導(dǎo)流板處的位移變形也較明顯，最大為8.5mm。由于噴管局部進(jìn)行塑性區(qū)域，就需要考慮多次工作情況下，結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分析?；蛘邔姽艹惺?em>熱應(yīng)力較大的區(qū)域，設(shè)置熱防護(hù)層或者其他措施，以降低該區(qū)域的溫度梯度，從而實現(xiàn)提高噴管運(yùn)行時可靠性設(shè)計的要求。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的桿件系統(tǒng)的熱應(yīng)力分析
【理論分析】
該問題來自于《材料力學(xué)》“軸向拉伸壓縮”一章中的“溫度應(yīng)力”一節(jié)（P45）。（劉鴻文，《材料力學(xué)》，高等教育出版社，第四版）
設(shè)兩根桿件的內(nèi)力為基本未知數(shù)，根據(jù)熱膨脹，計算兩根桿件的伸長量與內(nèi)力的關(guān)系，然后基于變形協(xié)調(diào)關(guān)系，得到內(nèi)力的大小。
最后計算的結(jié)果是：
上述答案直接拷貝自原教材。
【仿真分析】
1. 這是一個熱應(yīng)力問題。但是并不需要使用耦合系統(tǒng)。直接使用靜力學(xué)系統(tǒng)可以求解。
2. 對于材料設(shè)置，需要創(chuàng)建兩種材料：鋼和銅，并分別給定其彈性模量，泊松比和線脹系數(shù)。對于AB桿，則設(shè)置剛性很大（例如彈性模量是鋼材的千萬倍）的材料。
3.幾何建模。分別創(chuàng)建三個線體，分別代表AB,AD和BE。對于AD和BE賦予矩形截面屬性，保證其橫截面積即可。AB就使用AD的橫截面屬性。
4.屬性設(shè)置。分別設(shè)置三桿的材料屬性。
5.劃分網(wǎng)格。給定5毫米的單元長度劃分。
6.連接。所有連接處均使用轉(zhuǎn)動副連接。
7.分析設(shè)置。給定參考溫度和實際溫度。
8.后處理。在后處理中提取梁單元的內(nèi)力。
【仿真過程】
1.打開ANSYS WORKBENCH14.5
2.創(chuàng)建項目流程圖。
這里創(chuàng)建一個靜力學(xué)分析系統(tǒng)。
3.創(chuàng)建兩種材料，并設(shè)置其屬性。
雙擊engineering data單元格，然后創(chuàng)建兩種新材料，按照題目的數(shù)據(jù)設(shè)置其彈性模量和線脹系數(shù)。
修改默認(rèn)鋼材屬性，得到本題中鋼材的屬性。
加入銅合金，并修改其屬性，得到本題中銅的屬性
創(chuàng)建一個新材料，其彈性模量是2E18,即彈性模量是鋼材的千萬倍，用于模擬剛體。
4. 創(chuàng)建幾何模型。
雙擊geometry，進(jìn)入到DM中，設(shè)置長度單位是毫米。
以A點為坐標(biāo)原點，水平向右為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向，建立坐標(biāo)系。則各點的坐標(biāo)如下。
展開 
ANSYS Workbench鍋爐給水管熱應(yīng)力分析 ￥20
圖4 穩(wěn)態(tài)溫度場
圖5 穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力場（應(yīng)力強(qiáng)度）
3瞬態(tài)熱應(yīng)力分析
20min間斷供水開始時，金屬溫度為飽和水的溫度，即190.7℃。在進(jìn)行瞬態(tài)溫度場分析時，認(rèn)為50℃冷水按照1.377m/s的速度均均向前推進(jìn)，通過給水管的時間為0.302s。為了計算最后達(dá)到穩(wěn)定傳熱是的溫度場，計算最終時間為300s。分析中共采用了18個載荷步，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（1s）
圖7 瞬態(tài)溫度場（10s）
圖8 瞬態(tài)溫度場（40s）
圖6到圖8給出了不同時間下的瞬態(tài)溫度場云圖，取管子內(nèi)表面為路徑，可以得到不同時刻的溫度分布情況，如圖9所示。圖中橫坐標(biāo)為到零時刻冷熱水交界面的距離?？梢钥闯?，0.2s、0.5s、1s時的溫度曲線呈現(xiàn)明顯的臺階狀（這是由于熱分析邊界條件采用與時間步對應(yīng)的階越方式，如果時間步足夠小，臺階將消失）。同時，2s、5s、10s、40s的溫度曲線在與管板連接區(qū)域有明顯的“凸臺”，這是因為管板將熱量源源不斷地傳送到水管上。在40s時，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)給水時高出16%。
圖12 300s時瞬態(tài)應(yīng)力場（應(yīng)力強(qiáng)度）
算例源文件見付費(fèi)內(nèi)容
展開 ansys經(jīng)典界面-熱應(yīng)力耦合分析（壓力容器）
“ansys經(jīng)典界面”相對于“ansys workbench”而言，界面操作的缺點和不便確實是顯而易見的，但是對于初學(xué)者而言，尤其是像剛剛?cè)腴T的研究生而言，確實是了解有限元分析流程的一把利器。
干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應(yīng)力仿真應(yīng)用
移動熱源載荷施加
對流邊界條件
求解可知，激光焊接過程的溫度分布以及大于500度以上的熱影響區(qū)域如下圖所示。
激光焊接過程的溫度分布
大于500度以上的熱影響區(qū)域
2.激光焊過程熱應(yīng)力分析
進(jìn)行瞬態(tài)熱分析—靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析的順序耦合分析，將瞬態(tài)熱分析獲得的溫度分布數(shù)據(jù)，傳遞到結(jié)構(gòu)模塊模擬激光焊接過程的熱翹曲、熱變形現(xiàn)象。
激光焊接熱應(yīng)力仿真流程
支撐條件與溫度導(dǎo)入如下：
溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入
應(yīng)力與接觸狀態(tài)（焊接緊固狀態(tài)）變化如下：
結(jié)構(gòu)應(yīng)力與焊接緊固狀態(tài)
3.總結(jié)
ANSYS Workbench界面可以很方便的進(jìn)行移動熱源瞬態(tài)熱分析，可以考慮實際焊接過程中結(jié)構(gòu)連接狀態(tài)與高溫融合等因素的影響，解決焊接過程的溫度場與熱應(yīng)力計算，為設(shè)計和工藝提供可靠的數(shù)據(jù)參考。
展開 基于ANSYS的U形波紋管熱應(yīng)力分析
本文基于非線性有限元理論,針對波紋管軸向剛度大,徑向剛度小,能承受較大的軸向位移和一定的內(nèi)、外壓力的特點,采用ANSYS有限元軟件首次對整體波紋管進(jìn)行熱-應(yīng)力耦合分析,研究波紋管在交變載荷和溫度場的作用下剛度與位移、應(yīng)力應(yīng)變情況,并預(yù)測波紋管的疲勞壽命
基于ANSYS的U形波紋管熱應(yīng)力分析.pdf
