電-熱-力耦合仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-12-01
電-熱-力耦合仿真的視頻教程
考慮熱-電-力-化耦合的復(fù)合材料雷擊損傷分析
通過(guò)考慮雷擊過(guò)程的電-熱-力-化學(xué)多場(chǎng)耦合，計(jì)算了復(fù)合材料雷擊過(guò)程中的電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、損傷場(chǎng)及熱解度場(chǎng)。同時(shí)也對(duì)復(fù)合材料雷擊后的剩余強(qiáng)度進(jìn)行了分析，講解了不同場(chǎng)在計(jì)算中的傳遞方法，獲得了雷擊對(duì)復(fù)合材料的影響效果。
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Altair電池包解決方案系列研討會(huì)之電池熱-電耦合和熱失控仿真
Altair電池包解決方案系列研討會(huì)之電池熱-電耦合和熱失控仿真 1.SimLab Battery Solution 介紹； 2.電池包熱模型建模； 3.電池包熱管理和熱失控仿真。
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電-熱-力耦合仿真的實(shí)例教程
這是由于熱導(dǎo)致的界面應(yīng)力過(guò) 大引起的。電阻層一旦分離，其局部就會(huì)過(guò)熱，這又加速了電阻層的分離。最后，在 最糟糕的情況下，電路可能會(huì)過(guò)熱并燒壞。從這一角度而言，研究由于溫差以及電阻 層和基板的不同熱膨脹系數(shù)引起的界面張力也很重要。電阻層的幾何形狀是設(shè)計(jì)電路 正常工作的關(guān)鍵參數(shù)。可以通過(guò)模擬電路來(lái)研究上述所有方面。
本案例基于一加熱電路模型，它由沉積在玻璃板上的電阻層組成，向電路施加電壓時(shí)，該電阻層產(chǎn)生焦耳熱。該電阻層的屬性決定了產(chǎn)生的熱量。模擬了加熱電路的焦耳熱分布以及熱膨脹變形，模擬結(jié)果如圖所示：
焦耳熱分布云圖
電熱板熱膨脹變形
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展開(kāi) 在紐曼框架基礎(chǔ)上，可以耦合各種其他物理過(guò)程方程來(lái)擴(kuò)展模型的能力(應(yīng)對(duì)紐曼模型描述不了的場(chǎng)景)
電熱耦合
電化學(xué)-熱耦合模型是基于電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱而建立的電池模型，在紐曼模型的框架上耦合固體傳熱接口，主要用于模擬電池的溫度變化分布情況。鋰離子電池電化學(xué)-熱耦合模型由兩部分組成：研究電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的電化學(xué)模型以及描述電池溫度分布的熱模型。這兩個(gè)部分分工明確并相互耦合。首先，電化學(xué)模型計(jì)算出發(fā)熱功率，然后將發(fā)熱功率傳遞給熱模型，熱模型根據(jù)發(fā)熱功率計(jì)算出溫升，然后將此時(shí)電池溫度傳遞給電化學(xué)模型中受溫度影響的各參數(shù)，以此互相耦合實(shí)現(xiàn)電池的電壓和溫度模擬。電化學(xué)-熱耦合模型涉及的理論方程也分為兩部分，一部分是電化學(xué)模型所用 到的電荷守恒、質(zhì)量守恒以及電極動(dòng)力學(xué)，另一部分是熱模型構(gòu)建所用的結(jié)合生熱、傳熱與散熱的能量守恒關(guān)系。兩部分相互耦合，使得模型能夠準(zhǔn)確地反映出電池的電化學(xué)性能與熱性能，示意圖如下。?
電力耦合
電化學(xué)-力耦合模型基于電化學(xué)插層反應(yīng)而建立的電池模型，在紐曼模型的框架上耦合固體力學(xué)接口，主要用于模擬電池的內(nèi)部應(yīng)力變化分布情況。
展開(kāi) 當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時(shí)，復(fù)合材料會(huì)同時(shí)受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過(guò)時(shí)由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會(huì)使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會(huì)下降，因此還需要對(duì)雷擊后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析，定量計(jì)算雷擊對(duì)復(fù)合材料承載力的影響。
對(duì)復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個(gè)步驟：1 電-熱強(qiáng)耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析。
電-熱強(qiáng)耦合分析
電流流過(guò)導(dǎo)體的過(guò)程中，所耗散的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場(chǎng)控制方程為
電流流過(guò)導(dǎo)體耗散的能量可以通過(guò)焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設(shè)耗散的電能全部轉(zhuǎn)換為熱量，則ηv=1.
熱傳導(dǎo)方程可以用下式描述
美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進(jìn)行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
最后
建立如圖所示的平板進(jìn)行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點(diǎn)處不同時(shí)間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
通過(guò)電-熱耦合分析得到溫度場(chǎng)后，可以根據(jù)溫度場(chǎng)確定雷擊導(dǎo)致的燒蝕區(qū)域。通過(guò)USDFLD子程序標(biāo)記燒蝕的單元，并將其損傷設(shè)置為1.然后結(jié)合UMAT子程序，采用hashin準(zhǔn)則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對(duì)含初始損傷的復(fù)合材料平板進(jìn)行漸進(jìn)損傷分析，以獲得其剩余強(qiáng)度。計(jì)算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復(fù)合材料從雷擊點(diǎn)處開(kāi)始發(fā)生破壞，失效過(guò)程與中心開(kāi)孔板類似。通過(guò)修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響。
展開(kāi) 當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時(shí)，復(fù)合材料會(huì)同時(shí)受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過(guò)時(shí)由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會(huì)使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會(huì)下降，因此還需要對(duì)雷擊后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析，定量計(jì)算雷擊對(duì)復(fù)合材料承載力的影響。
對(duì)復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個(gè)步驟：1 電-熱強(qiáng)耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析。
電-熱強(qiáng)耦合分析
電流流過(guò)導(dǎo)體的過(guò)程中，所耗散的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場(chǎng)控制方程為
電流流過(guò)導(dǎo)體耗散的能量可以通過(guò)焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設(shè)耗散的電能全部轉(zhuǎn)換為熱量，則ηv=1.
熱傳導(dǎo)方程可以用下式描述
美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進(jìn)行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
建立如圖所示的平板進(jìn)行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點(diǎn)處不同時(shí)間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
通過(guò)電-熱耦合分析得到溫度場(chǎng)后，可以根據(jù)溫度場(chǎng)確定雷擊導(dǎo)致的燒蝕區(qū)域。通過(guò)USDFLD子程序標(biāo)記燒蝕的單元，并將其損傷設(shè)置為1.然后結(jié)合UMAT子程序，采用hashin準(zhǔn)則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對(duì)含初始損傷的復(fù)合材料平板進(jìn)行漸進(jìn)損傷分析，以獲得其剩余強(qiáng)度。計(jì)算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復(fù)合材料從雷擊點(diǎn)處開(kāi)始發(fā)生破壞，失效過(guò)程與中心開(kāi)孔板類似。通過(guò)修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響。
有Abaqus相關(guān)的問(wèn)題可以聯(lián)系扣扣1653004885
展開(kāi) 三維電纜電-熱耦合仿真 ￥500
圖1 幾何模型
電纜結(jié)構(gòu)中考慮了以下結(jié)構(gòu)層及材料的定義：
基于COMSOL軟件中的電- 熱耦合相關(guān)模塊，數(shù)值仿真得到了電纜的電勢(shì)分布和溫度場(chǎng)分布，仿真結(jié)果如圖所示：
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電-熱-力耦合仿真的最新內(nèi)容
AnsysWB匯流排電-熱耦合仿真6個(gè)月前
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(yáng)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6個(gè)月前
DC-Link 薄膜電容是電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，在反復(fù)充放電的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電容發(fā)熱，影響其使用壽命。
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(chǎng)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(jiǎn)化的3D模型
熱/力耦合仿真評(píng)估3DIC在高溫/形變下的SIPI性能
侯明剛 | Ansys 首席應(yīng)用工程師
演講主題：Ansys SI 產(chǎn)品更新及DOE優(yōu)化在Si Interposer中的應(yīng)用
侯忠明 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
演講主題：RTL級(jí)功耗分析及優(yōu)化案例分析
崔碩岳 | Ansys 技術(shù)經(jīng)理
演講主題：業(yè)界領(lǐng)先的SOC芯片電源噪聲創(chuàng)新應(yīng)用-RHSC-SigmaDVD
本案例基于COMSOL軟件建立了一三維電纜模型，如圖1所示。
圖1 幾何模型
電纜結(jié)構(gòu)中考慮了以下結(jié)構(gòu)層及材料的定義：
基于COMSOL軟件中的電- 熱耦合相關(guān)模塊，數(shù)值仿真得到了電纜的電勢(shì)分布和溫度場(chǎng)分布，仿真結(jié)果如圖所示：
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紐曼模型框架
紐曼模型（Newman model）是用于描述鋰離子電池內(nèi)部電化學(xué)和傳輸過(guò)程的一種數(shù)學(xué)模型。該模型以電池的正負(fù)極為基礎(chǔ)，通過(guò)一組偏微分方程來(lái)描述電池內(nèi)部的電流、電壓和鋰離子濃度分布等關(guān)鍵參數(shù)。這個(gè)模型的主要目標(biāo)是理解電池的性能和響應(yīng)
當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時(shí)，復(fù)合材料會(huì)同時(shí)受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過(guò)時(shí)由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會(huì)使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會(huì)下降，因此還需要對(duì)雷擊后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析，定量計(jì)算雷擊對(duì)復(fù)合材料承載力的影響。
對(duì)復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個(gè)步驟：1 電-熱強(qiáng)耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
對(duì)于一般的加熱電路，電阻層分離是常見(jiàn)的主要故障。這是由于熱導(dǎo)致的界面應(yīng)力過(guò) 大引起的。電阻層一旦分離，其局部就會(huì)過(guò)熱，這又加速了電阻層的分離。最后，在 最糟糕的情況下，電路可能會(huì)過(guò)熱并燒壞。從這一角度而言，研究由于溫差以及電阻 層和基板的不同熱膨脹系數(shù)引起的界面張力也很重要。電阻層的幾何形狀是設(shè)計(jì)電路 正常工作的關(guān)鍵參數(shù)。可以通過(guò)模擬電路來(lái)研究上述所有方面。
本案例基于一加熱電路模型，它由沉積在玻璃板上的電阻層組成
當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時(shí)，復(fù)合材料會(huì)同時(shí)受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過(guò)時(shí)由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會(huì)使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會(huì)下降，因此還需要對(duì)雷擊后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析，定量計(jì)算雷擊對(duì)復(fù)合材料承載力的影響。
對(duì)復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個(gè)步驟：1 電-熱強(qiáng)耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
