溫度-位移耦合仿真的案例
Abaqus圓形激光溫度-位移耦合案例教學 ￥19.98
1、 引言
本案例通過力 - 熱耦合分析方法，探究圓形激光載荷作用下玻璃板的溫度分布及應力響應特性。通過開發定制化子程序生成激光熱源，并結合溫度 - 位移耦合分析步，建立高精度有限元模型，最終實現對溫度場與應力場的多物理場耦合求解與結果分析。
2、 幾何模型與材料參數
（1） 模型構建：建立三維實體模型模擬玻璃板，尺寸為178×127×0.3（需根據實際場景設定具體參數），
圖1模型構建
（2） 材料屬性：定義玻璃板的熱物理參數（如導熱系數、比熱容、熱膨脹系數）與力學參數（如彈性模量、泊松比），考慮材料屬性隨溫度的非線性變化（如需）。
圖2 材料屬性構建
3、 激光熱源子程序開發
（1） 熱源特性：采用高斯分布模擬圓形激光束，功率密度函數為：
其中，P 為激光功率，r0為光斑半徑，r 為徑向坐標
（2） 子程序實現：基于ABAQUS的用戶子程序接口（如DFLUX或HETVAL），編寫 Fortran/Python 程序生成動態加載的圓形激光熱源，通過時間 - 空間函數控制熱源移動軌跡（如需模擬掃描過程）。
圖3 使用荷載子程序
5、 計算結果與分析
（1） 溫度場分布特征
1． 云圖可視化：通過后處理軟件顯示不同時刻的溫度場云圖，典型結果包括：激光光斑中心區域出現局部高溫峰值，溫度梯度沿徑向快速衰減；隨時間延長，熱擴散導致高溫區域擴大，穩態時形成穩定溫度分布。
2． 數據提取：提取特征點（如光斑中心、邊緣）的溫度 - 時間曲線，分析升溫速率與峰值溫度隨激光功率 / 作用時間的變化規律。
圖7 溫度云圖可視化
（2） 應力場響應規律
1．
展開 樁體或CPT溫度-位移耦合模型 ￥39
采用動力顯示分析，模擬樁體貫入，土體采用摩爾庫倫本構參數，貫入完成后進行溫度場模擬，因為加熱與散熱時間較長，所以采用重啟動分析，將貫入完成后的部件導入到新的模型，進行靜力溫度位移耦合分析，對樁體加熱，并傳導到土體。模型沒有采用剛性管的方法，可能會影響溫度的正常傳遞，采用特殊的網格劃分方法使得貫入之后網格質量較好。具體細節可以參考模型和付費內容，不明白的地方可以私聊~
PS：提供cae格式和inp文件
關于ABAQUS耦合溫度-位移傳熱分析記錄 ￥9999
Step：2步====分析步均采用耦合溫度-位移分析。(1)geo，地應力平衡，transient /1s ，打開大變形，增量步選擇automatic 采用非對稱求解器；（2）pene，貫入分析步（要考的，記清楚），前兩個分析步均未采用automatic stabilization，但是一定要打開大變形選項防止網格過度扭曲。最重要的操作：重啟動。Step界面——Output——restart requests——在geo/pene分析步勾選frequency以及overlay。即每個增量步讀取一次數據以及后續在該步驟可以重新啟動計算（是這個意思嗎？不知道啊再找找資料吧主包）。
Interaction：建立了7個接觸，探頭的各個分區與土體左邊界之間。探頭分為金屬區域和特氟龍隔熱區，兩個區域的接觸屬性不同，主要是比熱、熱導率、熱擴散系數的區別。另外就是前面提到的剛體約束rigid body（給探頭的）。
Load：在PENE模型的load僅有一個上覆荷載P=50kpa，三個邊界條件：土體底部位移全固定，右邊界水平位移=0，探頭設置一個參考點，初始固定全部位移，pene分析步設置幅值勻速貫入。由于預定義場要在initial分析步創建，因此在PENE模型中的Predefined Field要定義：初始溫度場、孔隙比場、應力場。土體：初始溫度+孔隙比+應力，探頭：初始溫度，一共4個預定義場。
Mesh：網格劃分的很丑好在能跑。不建議學我的。
Job：終于來到了作業，建立一個test-pene的job文件（要考的，記清楚），CPU拉滿開始算。結束可以收獲test-pene.odb。OK啊朋友們，PENE模型結束掉了。
展開 ABAQUS樁貫入土體溫度位移耦合模型 ￥19
采用動力顯示分析，運用ale方法完成樁對土體的貫入，并實現對土體的加熱。inp文件，僅供學習和參考。
軌道電磁炮技術的多場耦合仿真----電熱 結構 溫度耦合
位移和時間的關系
4.電熱、結構和溫度耦合仿真
根據前面的結果可以獲取電磁炮彈的受力以及移動位移和時間的關系，這些數據都是運動相關的結果，那么根據發熱原理，可以知道溫度的仿真需要考慮電流的焦耳熱、摩擦熱、電弧高溫熱、高溫物體熱傳導。這些結果在仿真分析中，我們采用直接耦合的方法來完成，即電熱結構耦合場分析.為了展示動態效果，本次分析采用瞬態分析，查看運動和溫升的過程.
4.1分析模型
仿真模型采用2D模型，并且由于上下對稱采用一半的模型來分析，簡化分析過程和計算時間，模型如圖所示
2D仿真模型
模型網格劃分-對稱顯示
4.2分析單元及材料
在ANSYS中可以完成電熱結構耦合的分析三維的為226單元，二維的分析采用223單元.
材料設定為銅導體，設置材料相應的密度，彈性模量、電阻率、熱傳導系數、比熱容等與電、熱、結構分析相關的物理屬性。
4.3邊界條件的設定
本次瞬態仿真分析考慮的因素較多，因此從以下幾個方面來考慮仿真設置。
（1）材料按照實際情況給定不同的物體。
（2）炮彈和導軌的接觸需要修改相關接觸單元的關鍵字，更改為考慮摩擦，設置摩擦系數0.3；考慮電流的傳導，更改關鍵字考慮電流傳遞；考慮熱量的傳遞，更改接觸關鍵字設置相應的熱阻或完好接觸來傳遞熱量。
展開 BGA封裝焊點動靜力學與溫度場耦合仿真分析 ￥9.9
第2章 靜力學仿真分析
2.1 模型建立
基于DSP實物模型進行有限元建模，建立429個焊點模型，按照實際安裝布局建立PCB模型，并按照DSP四角實際點膠情況建立環氧樹脂模型進行模擬，具體材料屬性見下表。
表2-1 分析材料屬性
部件
材料
密度
(t/ mm3)
楊氏模量(MPa)
泊松比
屈服強度(MPa)
抗拉強度(MPa)
電路板
FR-4
1.9e-9
35000
0.2
345
420
芯片
陶瓷
3.85e-09
187000
0.25
369
448
BGA焊球
SAC305
7.3e-09
38000
0.33
44
44
環氧樹脂膠
DG-4
0.98e-09
100
0.3
—
150
1. 單元類型的選擇
結合本章節仿真條件，并為后續的熱應力仿真作鋪墊，穩態溫度場模擬選用C3D8R三維熱實體單元。該單元既能實現勻速熱傳遞，也可用于瞬態熱分析。單元類型選擇如下圖所示。
圖2-1 單元類型的選擇
2.
展開 軸流式血泵熱流耦合 溫度場仿真
2.血泵熱流耦合溫度場仿真
血泵各部分與血液的接觸面存在對流換熱，考慮到兩者的耦合關系，流體仿真時需要把固體以及固體熱源加入到流體仿真軟件中，從而將血液與血泵的對流換熱數值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現血泵三維溫度場的仿真求解分析。
血泵三維整體模型分為兩個部分，一個是驅動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉子以及定子外殼；另一個是血液流動區域：包括前后導輪及其導葉、旋轉葉輪、軸承以及泵殼。血泵結構如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結構
利用商用流體仿真軟件進行相關邊界條件的設定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉速以及對流換熱系數等，其中血泵各部分的材料特性參數如表1所示。各部分熱源的生熱率通過商用熱仿真軟件計算，并與流體仿真模塊進行耦合。
展開 abaqus車削仿真數值模擬（溫度應力耦合分析）
abaqus車削仿真數值模擬（溫度應力耦合分析）
非晶含能破片沖擊釋能溫度變化釋能仿真/LS-DYNA/FEM-SPH-熱力耦合 ￥180
目前含能破片有多種，研究較為廣泛是 金屬聚合物類破片（Al/PTFE，論文仿真國外實例：《Characterization and Modeling Methodology of Polytetrafluoroethylene Based Reactive Materials for the Development of Parametric Models》）、 金屬間化合物類（如Al/Ni）、 非晶破片和 髙熵破片等。關于非晶破片沖擊釋能的研究較少，因此簡單介紹非晶破片沖擊釋能溫度變化原理，理解仿真思路。
初始正文
仿真模擬破片為鋯基非晶破片，與金屬聚合物類破片釋能的反應原理不同，非晶破片主要由高溫的碎片與空氣發生金屬氧化反應釋放能量，無氣態產物生產，其超壓毀傷主要來自空氣吸熱膨脹導致。
一般評價測量含能破片沖擊釋能的方法為VCC（Vented Chamber Calorimetry）法，裝置如圖1，主要利用準靜態超壓峰值評價含能破片沖擊釋能大小，帖子作者認為該法適合用于生成氣體較多的破片如Al/PTFE。
圖1 VCC準靜態腔室量熱法
而非晶破片的超壓毀傷直接受高溫影響，利用溫度峰值評估非晶破片沖擊釋能更有說服力。借鑒VCC法，利用熱電偶替換壓力傳感器，測量容器內溫度。以此衡量非晶含能破片(生產氣體較少近乎無)的毀傷能力。改進測試裝置如圖2所示，裝置尺寸如圖3所示。
圖2 沖擊釋能測溫
圖3 容器尺寸
試驗結果：在相同時間內，靠近壁面的溫度較低，而空腔溫度較高，說明短時間內碎片向壁面傳熱較少可以認為絕熱。數據來源：論文《非晶合金沖擊釋能的溫度表征研究》
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
電磁閥零件名稱及材料
多物理場耦合計算分析流程
ANSYS把各物理域軟件集成到同一個平臺Workbench下，各模塊之間無縫實現數據共享和傳輸，相互之間還能迭代，使仿真模型最大限度接近物理實際模型。該電磁閥模型采用ANSYS Maxwell電磁場分析計算線圈繞組的生熱，計算得到的結果導入ANSYS Mechanical的熱分析模塊計算電磁閥的溫度分布，再將計算的結果導入ANSYS Mechanical結構分析模塊進行熱應力分析。同樣采用ANSYS Fluent計算電磁閥噴油燃料的流場分布，包括壓力，速度分布等。并可將壓力分布和噴油燃料和電磁閥結構的之間的換熱系數導入ANSYS Mechanical作為邊界條件進行電磁閥的結構力學分析。另外，ANSYS Fluent計算的壓力結果作為載荷邊界條件加入了在Maxwell的計算。
整個分析過程在ANSYS Workbench平臺下的流程如下：
Workbench多物理場耦合仿真流程
根據提供的電磁閥模型stp格式的CAD文件，直接輸入到workbench平臺下的MAXWELL 3D中，對其各部分部件分配材料，如下圖：
因為該電磁閥是直流電源供電，所以沒有渦流損耗和磁滯損耗，主要是線圈通電的銅損，仿真結果如下圖，從圖中可以看出，電磁閥的損耗主要集中在線圈上，與理論推導一致。
所以重點考察線圈繞組上的損耗，輸入ANSYS Mechanical, 考察系統溫升。如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設定相應的邊界條件。
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
電磁閥零件名稱及材料
多物理場耦合計算分析流程
ANSYS把各物理域軟件集成到同一個平臺Workbench下，各模塊之間無縫實現數據共享和傳輸，相互之間還能迭代，使仿真模型最大限度接近物理實際模型。該電磁閥模型采用ANSYS Maxwell電磁場分析計算線圈繞組的生熱，計算得到的結果導入ANSYS Mechanical的熱分析模塊計算電磁閥的溫度分布，再將計算的結果導入ANSYS Mechanical結構分析模塊進行熱應力分析。同樣采用ANSYS Fluent計算電磁閥噴油燃料的流場分布，包括壓力，速度分布等。并可將壓力分布和噴油燃料和電磁閥結構的之間的換熱系數導入ANSYS Mechanical作為邊界條件進行電磁閥的結構力學分析。另外，ANSYS Fluent計算的壓力結果作為載荷邊界條件加入了在Maxwell的計算。
整個分析過程在ANSYS Workbench平臺下的流程如下：
Workbench多物理場耦合仿真流程
根據提供的電磁閥模型stp格式的CAD文件，直接輸入到workbench平臺下的MAXWELL 3D中，對其各部分部件分配材料，如下圖：
因為該電磁閥是直流電源供電，所以沒有渦流損耗和磁滯損耗，主要是線圈通電的銅損，仿真結果如下圖，從圖中可以看出，電磁閥的損耗主要集中在線圈上，與理論推導一致。
所以重點考察線圈繞組上的損耗，輸入ANSYS Mechanical, 考察系統溫升。如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設定相應的邊界條件。
展開 
金屬材料鉆削制孔熱力耦合仿真應力及溫度分布效果圖
金屬材料鉆削制孔熱力耦合仿真應力及溫度分布效果圖
基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
仿真步數可以自行選擇，這里選取了前600步的狀態進行分析。由于步數大少，大齒輪處在油浴當中，溫升小，因此觀察小齒輪，溫度攀升較快。
圖28 0.18s溫度云圖
圖29 0.36s溫度云圖
圖30 不同轉速溫升對比
通過仿真可以對比不同轉速下，小齒輪的溫升狀況。實際上轉速決定了：
生熱量，通過公式計算；
甩油程度。
在fluent中甩油的程度對溫度變化有一定影響，但是當轉速足夠大的時候，這個影響又變得不那么明顯。因此兩條曲線的形狀是相似的，只是單純的受到發熱量的支配。如果是低速重載情形，轉速很低（本例未包含），比如10rpm，這時候甩油困難，齒輪可能會發生膠合。
—————————————————————————————————————————————
結語：
由于解析方法計算齒輪減速器溫度場時的復雜性，往往需要對模型進行大幅簡化，難以得出精確解。針對此問題，本例使用仿真方法計算瞬態溫度場，可以有效捕捉輪齒與油液的接觸細節，實現了在精確仿真流場的前提下，油氣與齒輪固體共軛傳熱區域的實時更新。但同時也存在對流換熱系數不準確，內嵌傳熱算法換熱值不精確的弊端。
這個案例很長，對fluent的多相流、動網格等等復雜模型都有涉及，希望看完帖子能讓大家有所收獲！仿真用到的幾何文件、udf文件、運動profile文件都在附件中。
齒輪箱幾何文件+udf+profile文件.rar
展開 ?ANSYS、Ls-dyna小球摩擦考慮溫度劣化熱力耦合 ￥50
ANSYS中可采用熱力耦合算法來綜合考慮溫度及荷載對材料的損失演化規律。對于顯式動力分析中，可通過CONTROL_THERMAL_NONLINEAR、CONTROL_THERMAL_SOLVER、CONTROL_THERMAL_TIMESTEP來調用熱分析步，同時在材料中需要額外定義考慮溫度劣化的材料本構。
基于此，建立了小球摩擦生熱案例，在該模型中考慮了溫度劣化及材料摩擦痕跡，隨著循環摩擦次數的增加，溫度總體呈現出上升趨勢。
大位移橋梁伸縮縫耦合動力學研究
說明：本人在技術鄰發表的所有論文均為第一作者原創，未經作者允許，不得轉載。。。
