結(jié)構熱的案例
基于PERA SIM的泵蓋熱結(jié)構耦合仿真分析
摘要：本文基于PERA SIM Mechanical通用結(jié)構仿真軟件建立了泵蓋熱結(jié)構耦合仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分四面體網(wǎng)格、賦予模型不同的材料參數(shù)、施加邊界條件和載荷過程，以及分析求解設置，最終得到泵蓋熱變形與熱應力的分析結(jié)果，對泵蓋的結(jié)構強度設計提供指導建議。
關鍵詞：泵蓋；熱結(jié)構耦合；熱變形；熱應力
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1.引言
通過熱結(jié)構耦合仿真分析，可以深入理解泵蓋在高溫環(huán)境下由于熱膨脹和收縮而產(chǎn)生的熱應力。這些熱應力可能導致泵蓋結(jié)構變形、疲勞甚至失效。同時預測泵蓋結(jié)構熱變形，對于確保泵蓋與其他部件的配合精度和密封性能至關重要。此外，根據(jù)仿真分析的結(jié)果，可以對泵蓋的結(jié)構設計進行優(yōu)化，例如增加筋板、改變壁厚或材料配置等，以提高其抗熱應力和抗變形能力。
本文基于PERA SIM Mechanical仿真分析軟件建立了泵蓋熱結(jié)構耦合仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分四面體網(wǎng)格、賦予泵蓋材料參數(shù)、施加溫度和靜力載荷與邊界條件，以及設置熱結(jié)構耦合仿真分析參數(shù)，最終得到泵蓋熱變形與熱應力分析結(jié)果。分析得到的熱變形結(jié)果和熱應力結(jié)果，對泵蓋的結(jié)構優(yōu)化設計、壽命評估、密封性能都具有一定的指導意義。
2.問題描述
本文研究對象為泵蓋，主要用于工程機械中需要密閉的箱體結(jié)構中，實現(xiàn)傳遞載荷、提供支撐以及保護箱體內(nèi)部零部件的作用。在使用過程中，利用密封圈和螺栓進行密封和連接裝配。
3.計算結(jié)果分析
3.1 模型建立及簡化
泵蓋幾何模型文件格式為x_t，直接導入PERA SIM Mechanical中。
展開 WB12.0化工部件熱結(jié)構耦合分析（熱結(jié)構耦合，路徑線性化）
huagongbujian有限元應力分析及強度校核報告.doc
化工部件的熱結(jié)構耦合分析：
關鍵點：熱結(jié)構耦合，路徑線性化，六面體網(wǎng)格，漸變圓角
耦合場分析是WB的優(yōu)勢功能之一，本報告利用WB做熱結(jié)構耦合，評價整體應力。由于報告中涉及隱私內(nèi)容，故隱去一些關鍵數(shù)據(jù)和公式，望大家原諒。拋磚引玉，供大家交流學習經(jīng)驗，共同進步！
ABAQUS 剎車盤熱結(jié)構耦合分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與剎車盤熱結(jié)構耦合相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握剎車盤三維模型的繪制
2、掌握剎車盤熱結(jié)構耦合分析相關的材料參數(shù)設置
3、理解剎車盤熱結(jié)構耦合的分析步的建立
4、學習剎車盤熱結(jié)構耦合的相互關系的設置
5、了解剎車盤熱結(jié)構耦合網(wǎng)格的劃分
6、學習剎車盤熱結(jié)構耦合的載荷施加
7、學習結(jié)果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進行剎車盤熱結(jié)構耦合的分析。
本案例操提供了分析相關的分析文件。
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展開 自主CAE | 基于PERA SIM Mechanical機床夾具熱結(jié)構耦合分析
0.摘要：本文基于安世亞太自主研發(fā)的PERA SIM Mechanical結(jié)構仿真軟件，對某機床夾具進行熱分析及熱結(jié)構耦合分析，獲得機床夾具的穩(wěn)態(tài)溫度場以及熱變形和熱應力，用于指導和驗證夾具的設計方案。證明了國產(chǎn)仿真軟件PERA SIM Mechanical在熱結(jié)構耦合分析的適用性和可靠性。
關鍵詞：機床夾具；熱分析；熱結(jié)構耦合分析；PERA SIM Mechanical
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1.引言
夾具作為機械加工的重要工具，是保證加工精度和質(zhì)量的重要因素，直接影響工件的加工質(zhì)量。夾具用于固定工件，應防止在高溫下因為材料自身的熱脹冷縮而導致工件發(fā)生形變，工裝夾具設計應具有足夠的剛性和穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下承受壓力和變形。確保工裝夾具能夠保持穩(wěn)定，不會發(fā)生變形或破損。在熱處理過程中，工件和工裝夾具都會發(fā)生熱脹冷縮，因此設計時需要充分考慮這一點。若設計未考慮熱穩(wěn)定性，導致夾具在加工過程中因溫度變化而產(chǎn)生熱變形，將會影響加工精度。
夾具熱設計是指在設計夾具時考慮到熱傳導和熱膨脹等因素，以確保夾具在工作過程中能夠有效地傳導熱量并保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。關鍵的設計因素包括選擇合適的材料、合理的結(jié)構設計、有效的散熱設計等。關鍵需利用熱-結(jié)構耦合分析功能，評估夾具在溫度載荷下的變形量，采取合適的夾具結(jié)構設計、增加松動補償間隙、使用可調(diào)節(jié)的夾緊裝置等方式，以適應熱脹冷縮帶來的變形和應力。
本文基于安世亞太自主研發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Mechanical，對某型機床夾具進行了熱結(jié)構耦合分析研究。
展開 
ANSYS workbench摩擦盤熱結(jié)構耦合動力學 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習摩擦盤的三維模型處理
2、學習摩擦盤熱結(jié)構耦合接觸相關的接觸設置
3、學習熱結(jié)構耦合動力學分析步的建立
4、學習摩擦盤熱結(jié)構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)構耦合動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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基于WORKBENCH的摩擦生熱的結(jié)構和熱耦合分析（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請注明出處）
分析類型：摩擦生熱分析；制動盤熱分析。
分析平臺：AWB17
技術難點：結(jié)構和熱耦合分析
完成人：技術鄰ANSYS專家
業(yè)務咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對象：制動盤（模型來自網(wǎng)友上傳）
注意點：熱接觸設置
另：由于參數(shù)可能設置不當，導致結(jié)果不合理，請無視！！！！
關鍵技術分析：
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，只能用一個耦合單元來計算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
(1) 使用瞬態(tài)結(jié)構動力學分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為solid226,它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構-熱分析功能。
（3）由于使用了瞬態(tài)動力學分析，結(jié)果中默認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。
（4）此問題要多處使用插入命令的方式，從而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。
（5）瞬態(tài)結(jié)構動力學分析系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)中，無法得到熱分析的部分參數(shù)，所以需要先創(chuàng)建一個單獨的工程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，然后把它與瞬態(tài)結(jié)構動力學分析的工程數(shù)據(jù)單元格相關聯(lián)。
可代做的業(yè)務范圍：
熱分析
熱結(jié)構耦合分析
展開 列管式固定床反應器的換熱結(jié)構都有哪些？其應用又有哪些？
纏繞管式反應器實際是對分管束式反應器的一種結(jié)構變形，這種結(jié)構設計包含了對分管束式反應器管束結(jié)構的裝配難度大和溫差應力問題的綜合考慮，纏繞管束的制造過程具備獨特的便捷性，且纏繞管換熱結(jié)構應用于高溫工況時能夠有效解決溫差應力問題，因此該結(jié)構反應器的開發(fā)成為當前研究的熱點。
該反應器設計在管外裝填催化劑，換熱介質(zhì)在纏繞管內(nèi)流動換熱，換熱管兩端通過自由彎曲匯總連接到管箱，分別連接換熱介質(zhì)進、出口。在纏繞管束所處位置從內(nèi)向外方向依次設置有中心進料分布器、催化劑筐、纏繞管和外收集器，中心分布器同時作為纏繞管束的中心承載結(jié)構。纏繞管式反應器的多層繞管結(jié)構有利于提高反應介質(zhì)沿徑向流動的均勻性，間接優(yōu)化了流體在反應器內(nèi)的分布效果。
多數(shù)纏繞管式反應器設計均需采用超長換熱管（相對于12m以下的常用換熱管長度），因此制造過程中對換熱管的質(zhì)量控制和檢測要求較高。由于纏繞管束的位置也是裝填催化劑的反應空間，管束纏繞的尺寸精度直接影響催化劑裝填均勻性，因此管束纏繞過程的制造工藝控制對于反應器使用性能至關重要。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的結(jié)構熱耦合分析之摩擦生熱案例（附：源文件和視頻教程）
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)構熱耦合分析（以兩個2D矩形塊摩擦生熱為例來進行講解）
01
問題描述
在一個定塊上，有一個滑塊。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，并計算滑塊和定塊內(nèi)部的溫度分布和應力分布。
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
關鍵技術分析：
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，只能用一個耦合單元來計算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
（1）使用瞬態(tài)結(jié)構動力學分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為PLANE223，它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構-熱分析功能。
（3）定義兩個載荷步，第一步將動塊移動到指定位置，第二步保持最終位置，以獲得平衡解。
（4）在求解設置中，關閉結(jié)構分析的慣性部分，而只做靜力學結(jié)構分析，但是對于熱分析仍舊做瞬態(tài)熱分析。
（5）由于使用了瞬態(tài)動力學分析，結(jié)果中默認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。
（6）瞬態(tài)結(jié)構動力學分析系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)中，無法得到熱分析的部分參數(shù)，所以需要先創(chuàng)建一個單獨的工程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，然后把它與瞬態(tài)結(jié)構動力學分析的工程數(shù)據(jù)單元格相關聯(lián)。
（7）在DM中創(chuàng)建兩個草圖，然后根據(jù)草圖得到面物體。再對這兩個面物體進行平面應力的分析。
展開 基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構耦合分析
需要對發(fā)動機尾噴管進行熱結(jié)構與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優(yōu)化設計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數(shù)，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時間的變化并進行熱應力分析，最后進行燒蝕層厚度優(yōu)化設計。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構.pdf
顯卡熱結(jié)構耦合分析
圖 7：熱固耦合流程
完成后返回Mechanical的操做界面，在Static Structural模塊中，選擇Imported Load (B6)下的Imported Body Temperature并進行更新，出現(xiàn)如下圖所示的溫度云圖。即在靜力學分析模塊中，將溫度載荷作為分析的初始條件進行靜力學分析。
圖 8：溫度輸入
對如下圖所示的金屬安裝片進行固定約束（Fixed Support）。
完成設定即可以進行熱結(jié)構分析，點擊計算求解。完成后可以輸出應力及位移云圖。
圖 9：應力云圖
圖 10：整體位移云圖
圖 11：熱應變云圖
利用機器學習結(jié)合實驗揭示非晶氧化鎵原子結(jié)構與熱輸運的關系
研究非晶氧化鎵的熱輸運特性對其在能源與光電子器件的熱管理及能量轉(zhuǎn)化等方面的應用至關重要。
近年來，通過考慮模態(tài)相干作用和非諧性對熱導率的貢獻，非晶材料的導熱理論取得了一定進展，然而，由于非晶材料原子尺度結(jié)構的復雜性及當前實驗和計算手段的局限性，全面理解非晶材料的結(jié)構對熱輸運特性的影響機理并建立二者之間的定量關系仍是凝聚態(tài)材料物理中待解決的挑戰(zhàn)性難題。
目前，盡管在理論研究方面取得了重大進展，但由于無序系統(tǒng)的精確建模仍然存在顯著的挑戰(zhàn)。近年來，基于密度泛函理論(DFT)或經(jīng)典力場的分子動力學(MD)模擬一直是建模和理解材料的核心方法。在許多研究中發(fā)現(xiàn)，它們的預測能力和可轉(zhuǎn)移性相對較差。最近，機器學習(ML)技術正在成為一種強大的工具，通過直接從適當選擇的量子力學計算的參考數(shù)據(jù)集合中映射原子構型和能量之間的關系，有望解決上述材料建模中的挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，清華大學航空航天學院曹炳陽教授聯(lián)合英國劍橋大學工程系加博爾·塞尼（Gábor Csányi）教授在探究非晶氧化鎵原子結(jié)構與熱輸運性質(zhì)之間的內(nèi)在影響取得新進展。團隊采用機器學習、分子動力學模擬及實驗測量相結(jié)合的方法成功揭示了非晶氧化鎵的原子結(jié)構特征、熱輸運性質(zhì)及“結(jié)構—熱輸運性質(zhì)”內(nèi)在影響機制和定量關系。由于當前實驗技術難以直接觀測到非晶材料的三維原子結(jié)構，因此研究團隊借助具有量子力學精度的機器學習勢函數(shù)模擬熔化—淬火過程對非晶材料進行原子尺度的準確建模，并使用非平衡分子動力學模擬、阿倫-費爾德曼（Allen-Feldmen，AF）簡諧理論及統(tǒng)一導熱理論（Unified Theory,UF）對非晶氧化鎵的熱導率進行了研究。
展開 
【3月8-11日 北京】結(jié)構傳熱與熱-結(jié)構耦合計算高級培訓
22個實例模型課程中人手一機操作指導
案例1：熱傳導桿
案例2：機載電子元件散熱分析
案例3：線圈電熱輻射傳熱分析
案例4：機械件的熱接觸分析
案例5：多材料裝配體的穩(wěn)態(tài)熱計算
案例6：電烙鐵的瞬態(tài)熱計算
案例7：鋁飛輪鑄件凝固分析
案例8：腔體內(nèi)的自然對流+輻射傳熱
案例9：ANSYS環(huán)境的多板之間的輻射傳熱
案例10：結(jié)構的蠕變疲勞計算
案例11：晶體管非線性熱分析
案例12：激光照射案例
案例13：平板對焊接及殘余應力分析
案例14：結(jié)構滑動摩擦生熱
案例15：干燥器自然對流的熱均勻性計算
案例16：換熱器的流-熱耦合傳熱計算
案例17：管道的穩(wěn)態(tài)熱應力計算
案例18.管道的瞬態(tài)熱應力計算
案例19：燃燒室的火焰筒流-熱-固耦合計算
案例20.結(jié)構的熱-機耦合疲勞計算
案例21：Fluent環(huán)境的固體壁面之間的輻射傳熱
案例22：T型焊接件焊縫表面裂紋的熱-結(jié)構耦合應力強度因子計算
課程差異化
1、專注CAE仿真計算，13年大量的工程案例積累
2、7000多學員反饋、提煉的精選內(nèi)容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
主講專家
寧老師，首席專家，畢業(yè)于西安交通大學、力學博士，多年上市機械企業(yè)結(jié)構負責人，17年的軟件工程應用經(jīng)驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，發(fā)表論文20余篇，獲得專利11項，開發(fā)有限元軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業(yè)背景；擅長靜力學，模態(tài)分析，隨機振動/譜分析，瞬態(tài)動力學時程分析，轉(zhuǎn)子動力學分分析、疲勞分析，線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。
展開 提高金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構界面的熱輸運
因此，熱管理和溫度控制顯著影響微電子器件的性能和發(fā)展。該領域的微觀尺度換熱備受關注，其中界面熱輸運占據(jù)了主導地位。
目前大量研究集中在界面?zhèn)鳠嵘弦约?em>熱導率高的材料，從而能更好地促進微電子器件和散熱材料的發(fā)展。二維材料的熱性能及其異質(zhì)結(jié)構是納米器件高效散熱的關鍵。尤其是二維石墨烯，由于其原子間的強鍵合，具有超高的導熱性。然而，石墨烯的內(nèi)部聲子傳輸容易受到表面或邊緣擾動的影響。即與襯底接觸后，面內(nèi)熱導率明顯降低。因此，對于石墨烯來說，選擇理想的襯底至關重要。盡管之前有很多研究試圖找到解決這個問題的方法，但并沒有取得突破性的進展。
石墨烯與襯底之間的界面熱阻極大地阻礙了其實際應用。傳統(tǒng)的剝離和轉(zhuǎn)移到襯底的操作總是會對石墨烯造成折疊和起皺。在基材表面進行原位生長是解決這一問題的更好選擇。金剛石作為碳的另一種同素異形體，在1500 ~ 1900℃的高溫真空退火下容易轉(zhuǎn)變?yōu)槭＝饎偸腃-C鍵長為14.5nm，石墨烯的C-C鍵長為14.2nm，兩者相差不超過2%。金剛石是作為基板的不錯選擇，可以減少石墨烯與基板接觸時的面外聲子散射，因為它們具有高度的結(jié)構相似性。然而，目前的研究還沒有揭示影響金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構界面熱傳遞的因素，通過揭示熱傳遞的因素對于未來設計具有優(yōu)異導熱系數(shù)的材料具有重大的指導意義。
02
成果掠影
近期，北京科技大學馮妍卉教授關于石墨烯與襯底之間界面熱阻問題的研究取得一定進展。該團隊基于非平衡分子動力學(NEMD)模擬，研究了金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構界面熱輸運的影響因素，以及石墨烯層數(shù)和溫度對金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構導熱系數(shù)的影響。
展開 ANSYS workbench 小塊熱結(jié)構耦合瞬態(tài)動力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習小塊移動的三維模型處理
2、學習小塊移動非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性熱結(jié)構耦合動力學分析步的建立
4、學習小塊移動熱結(jié)構耦合動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 小塊移動熱結(jié)構耦合動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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提高金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構界面的熱輸運
因此，熱管理和溫度控制顯著影響微電子器件的性能和發(fā)展。該領域的微觀尺度換熱備受關注，其中界面熱輸運占據(jù)了主導地位。
目前大量研究集中在界面?zhèn)鳠嵘弦约?em>熱導率高的材料，從而能更好地促進微電子器件和散熱材料的發(fā)展。二維材料的熱性能及其異質(zhì)結(jié)構是納米器件高效散熱的關鍵。尤其是二維石墨烯，由于其原子間的強鍵合，具有超高的導熱性。然而，石墨烯的內(nèi)部聲子傳輸容易受到表面或邊緣擾動的影響。即與襯底接觸后，面內(nèi)熱導率明顯降低。因此，對于石墨烯來說，選擇理想的襯底至關重要。盡管之前有很多研究試圖找到解決這個問題的方法，但并沒有取得突破性的進展。
石墨烯與襯底之間的界面熱阻極大地阻礙了其實際應用。傳統(tǒng)的剝離和轉(zhuǎn)移到襯底的操作總是會對石墨烯造成折疊和起皺。在基材表面進行原位生長是解決這一問題的更好選擇。金剛石作為碳的另一種同素異形體，在1500 ~ 1900℃的高溫真空退火下容易轉(zhuǎn)變?yōu)槭＝饎偸腃-C鍵長為14.5nm，石墨烯的C-C鍵長為14.2nm，兩者相差不超過2%。金剛石是作為基板的不錯選擇，可以減少石墨烯與基板接觸時的面外聲子散射，因為它們具有高度的結(jié)構相似性。然而，目前的研究還沒有揭示影響金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構界面熱傳遞的因素，通過揭示熱傳遞的因素對于未來設計具有優(yōu)異導熱系數(shù)的材料具有重大的指導意義。
02
成果掠影
近期，北京科技大學馮妍卉教授關于石墨烯與襯底之間界面熱阻問題的研究取得一定進展。該團隊基于非平衡分子動力學(NEMD)模擬，研究了金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構界面熱輸運的影響因素，以及石墨烯層數(shù)和溫度對金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構導熱系數(shù)的影響。
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