瞬態(tài)熱仿真的案例
基于Icepak對儲能電池pack的瞬態(tài)熱仿真案例 ￥20
<p> 對于儲能電池pack在充放電過程中，電芯發(fā)熱量不是恒定功率，且在不同SOC下發(fā)熱功率有較大差異，故基于基于Icepak進行瞬態(tài)熱仿真求解，分析出在不同時刻電芯的熱特性，是一種更準(zhǔn)確有效的熱仿真評估方案。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202401/imgs/660757871fe54afaa497dcebef3cb8ee.png"></p>
展開 Workbench瞬態(tài)熱應(yīng)力仿真
Workbench除了做穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力變形，還可以做瞬態(tài)熱應(yīng)力變形。熱雙金有兩個熱膨脹系數(shù)不同的金屬組成，熱膨脹系數(shù)越大，其為主動層，帶動被動層受熱彎曲。
通過workbench瞬態(tài)熱模塊和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊可模擬該類情景。若考慮空氣對流對熱雙金表面溫度分布的影響，可使用Fluent與瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊進行熱應(yīng)力仿真。Workbench仿真搭建流程如下所示，
現(xiàn)假設(shè)兩個熱雙金體功耗不同，主動層更大，在Fluent計算熱雙金瞬態(tài)溫度分布；接著將結(jié)果導(dǎo)入到瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊；最后設(shè)置約束，這樣搭建完整的瞬態(tài)熱應(yīng)力仿真操作流程。
1-120s的仿真結(jié)果如下圖所示
僅為演示，提供一定參考意義。
展開 仿真技術(shù)與芯片并行，探討其不同部分的熱傳輸以及散熱效果
在芯片設(shè)計過程中，仿真驗證是十分重要的一個環(huán)節(jié)，以確保芯片在進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)前能夠符合預(yù)期設(shè)計性能要求。而其中芯片的熱傳輸和散熱性能是至關(guān)重要的一點。
芯片散熱模擬
大多數(shù)功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)都非常相似。這是一個熱模型示例，其中包含芯片、引腳、銅片等分立建模元件。
詳細(xì)熱模型（左下）和詳細(xì)芯片結(jié)構(gòu)（右）
芯片的整體厚度為240 μm。這可以分成兩部分：芯片體，可以導(dǎo)熱但不散熱；較薄的芯片結(jié)點，可以導(dǎo)熱，并且當(dāng)器件傳導(dǎo)電流時幫助芯片散熱。在芯片頂部，有5 μm的鋁層。這種芯片細(xì)節(jié)水平對于分析器件瞬態(tài)散熱非常重要。
由于芯片的非統(tǒng)一特性，工程師們無法立即了解芯片節(jié)點散熱時器件內(nèi)部的熱量的流動情況，或者器件的熱量隨時間上升的情況。然而通過模擬，可以給這些效果建模分析。
工程師們通過執(zhí)行多個持續(xù)時間不同的瞬態(tài)熱仿真，并觀察溫度上升和芯片內(nèi)的熱傳輸。
所有示例的起始溫度都是20 °C，仿真持續(xù)時間為1 μs、10 μs、100 μs和1 ms。芯片結(jié)點功耗均為1500 W，記錄芯片結(jié)點中心位置的溫度。
1 μs、10 μs、100 μs和1 ms后的溫度分布圖
仿真結(jié)果
1 μs后，溫度增加幅度很低。盡管芯片結(jié)點的功耗可能很高，但設(shè)備內(nèi)的總能耗仍然只有1.5 mW。
100 μs后，大約只有一半芯片厚度仍然保持起始溫度，且溫度相對較低，只有60.5 ℃。
1ms時，熱量開始向銅片頂部傳輸，且溫度接近器件的最高限值175 ℃。
進一步觀察，可以看到1ms之后，總熱量中只有不到1%通過銅片底部散出，甚至比通過器件周圍塑料部件傳輸?shù)臒崃窟€少。
芯片在1ms的持續(xù)時間內(nèi)，大部分熱傳輸和溫度變化都會發(fā)生在器件內(nèi)部，這時候散熱器對芯片的熱傳導(dǎo)是沒有任何效果的。
展開 Comsol 穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的熱性能仿真
一、模型搭建
新建→模型向?qū)Аx擇三維； 選擇物理場：傳熱→固體傳熱，按增加→研究，選擇研究：預(yù)置研究→穩(wěn)態(tài)→完成；
導(dǎo)入相應(yīng)的二維或三維模型，或者直接在 COMSOL 里自建幾何模型；導(dǎo)入：頂部工具欄：導(dǎo)入，選中幾何 1→選擇單位→導(dǎo)入，最后形成聯(lián)合體→全部構(gòu)建；
可在右側(cè)框內(nèi)搜索要添加的材料，然后“增加到選擇”；或者添加空材料，去選擇一個域，然后材料屬性目錄下會出現(xiàn)做該仿真必要的參數(shù)，輸入?yún)?shù)即可；材料分配及屬性如下。
第一種材料：
第二種材料：
第三種材料：
二、施加載荷
點擊初始值 1：溫度默認(rèn)單位 K，可修改為℃； 熱絕緣 1：默認(rèn)選擇所有邊界； 右鍵“固體傳熱”，添加溫度，邊界選擇輸入載荷的區(qū)域；
左側(cè)溫度
右側(cè)溫度
上下兩側(cè)熱絕緣
三、穩(wěn)態(tài)計算
點擊“研究”開始計算，仿真完成后，結(jié)果下面自動出現(xiàn)“溫度”；點擊溫度→體，出現(xiàn)仿真結(jié)果圖；可通過派生值→全局計算，計算自己所需要的值。
四、瞬態(tài)計算
右側(cè)任務(wù)欄：預(yù)置研究→瞬態(tài)； 研究 2 →步驟 1：研究設(shè)定； 時間單位：可設(shè)置為 s；時間：設(shè)置仿真時間范圍及步長；
仿真完成后，結(jié)果下面自動出現(xiàn) “溫度”； 點擊溫度→表面。出現(xiàn)仿真結(jié)果圖。可看到溫升變化，和穩(wěn)態(tài)保持一致； 派生值，右鍵，“體最大值”，會在仿真圖下方出現(xiàn)“表格 2”，自動將時間和溫度的對應(yīng)變化列出來；
中間區(qū)域隨時間溫升情況
有問題聯(lián)系：
展開 
【熱仿真】穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計算方法 ￥20
序號
符號
示意
Card image
示意
數(shù)值
單位
1
E
Young’s modulus
MAT1
楊氏模量
210000
MPa
2
NU
Poisson’s ratio
泊松比
0.3
/
3
RHO
Material density
密度
7.85*10^-9
t/mm^3
4
A
Thermal expansion coefficient
線膨脹系數(shù)
1*10^-5
/℃
5
K
Thermal conductivity
MAT4
導(dǎo)熱系數(shù)
73
mW/(mm·℃)
6
H
Heat transfer coefficient
傳熱系數(shù)
0.040
mW/(mm^2·℃)
展開 fcBGA-H封裝瞬態(tài)熱特性 仿真&測試（一）
隨著功能要求的提高，功率和熱流密度越來越大。因此，對于高功率倒裝芯片，客戶在不斷的推進TIM（熱界面材料）的低熱阻化。
TIMs（Thermal Interface Materials）是用于提高固體接觸面之間傳熱性能的導(dǎo)熱材料。比如CPUs和散熱器之間，若出現(xiàn)微小間隙，由于空氣導(dǎo)熱性能極差，整個散熱效率就會嚴(yán)重降低。因此，TIM的熱特性對于散熱方案的可靠性是至關(guān)重要的，尤其是發(fā)熱部位的最高溫度（結(jié)溫Tj），散熱片上表面溫度（殼溫Tc），和上述兩點之間的熱阻。測殼溫Tc的傳統(tǒng)方法是，在散熱片中心放置一個熱電偶。該方法的一個最大問題是只能用散熱片中心位置的溫度來表征殼溫。但是在實際應(yīng)用中，最高溫度的位置我們通常不確定，尤其是當(dāng)給結(jié)區(qū)加載非均勻熱載荷（non-uniform power）的時候。
本文主要討論的是：
a. 描述如何使用不借助熱電偶的瞬態(tài)測試設(shè)備測試fcBGA封裝器件（由STATS ChipPAC制造）的TIM熱特性，尤其是結(jié)殼熱阻Rjc；
b. 描述如何測試在風(fēng)扇不同轉(zhuǎn)速下（模擬真實工況）封裝器件的Rja（結(jié)到環(huán)境的熱阻）；
c. 闡明功率脈普對結(jié)構(gòu)函數(shù)的影響；
d. 描述如何通過仿真生成一個仿真結(jié)構(gòu)函數(shù)，再用測試結(jié)構(gòu)函數(shù)來修正仿真結(jié)構(gòu)函數(shù)，最后用修正后的結(jié)構(gòu)函數(shù)生成熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用于系統(tǒng)級產(chǎn)品中；
e. 明確并改進更好的仿真和測試方法。
2. 封裝器件和熱測試裝置的結(jié)構(gòu)
STATS ChipPAC內(nèi)部搭建了一個flip-chip測試裝置（test vehicle），專門用于評估TIM的熱特性，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
展開 某地鐵能量回收系統(tǒng)IGBT模塊熱瞬態(tài)響應(yīng)仿真分析
熱瞬態(tài)數(shù)值模擬的要點：首先功率器件內(nèi)部的分布和分立器件的各自的瞬態(tài)熱耗函數(shù)必須確定，其次定義仿真域和瞬態(tài)熱響應(yīng)的時間周期，最后就是網(wǎng)格的劃分和運行計算了，以上就關(guān)鍵結(jié)果輸出供大家參考，有疑問可留言。
技術(shù)鄰Ansys培訓(xùn)的案例優(yōu)勢如何實現(xiàn)工程落地？
電子密封艙場景解決密閉導(dǎo)致的元器件過熱問題（故障率25%）。以某車載密封艙模型實操：瞬態(tài)仿真捕捉30分鐘后芯片85℃超溫（閾值75℃），設(shè)計401W/(m?K)銅導(dǎo)熱柱方案，熱結(jié)構(gòu)耦合仿真驗證艙體變形≤0.1mm（保障密封）。最終芯片溫降至75℃，故障率低于5%，企業(yè)售后故障量減70%。。
為強化案例教學(xué)效果，配套Ansys通用熱仿真、Fluent熱耦合、LSDYNA瞬態(tài)熱仿真、NCode熱疲勞仿真四大核心培訓(xùn)模塊，形成“理論講解+案例實操+邏輯拆解”的三維教學(xué)模式。講師不僅講授操作步驟，更深入解析方案設(shè)計的底層邏輯，如“為何選擇該導(dǎo)熱率的材料”“流道參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)是什么”，確保學(xué)員不僅“知其然”更“知其所以然”。
技術(shù)鄰原創(chuàng)培訓(xùn)成果數(shù)據(jù)顯示，參與培訓(xùn)的企業(yè)中，85%的學(xué)員可獨立完成企業(yè)實際項目仿真，60%的學(xué)員能輸出可直接落地的優(yōu)化方案，學(xué)員輸出的方案平均使企業(yè)熱相關(guān)故障發(fā)生率降低50%，產(chǎn)品合格率提升13-25%，充分印證了案例教學(xué)的工程落地價值。
企業(yè)培訓(xùn)聯(lián)系人手機號：18602195606
展開 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
9.對模型進行網(wǎng)格劃分并運行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)仿真，輸出應(yīng)力結(jié)果云圖，該圖顯示了應(yīng)力隨時間的變化情況。
總結(jié)
本次分析成功執(zhí)行了 PCB 組件的瞬態(tài)熱-順序耦合仿真。通過將瞬態(tài)熱分析得到的溫度時程作為載荷，輸入至瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，直接觀察并獲得了關(guān)鍵元器件的熱應(yīng)力隨時間變化的響應(yīng)。
仿真結(jié)果直觀展示了在功率加載或環(huán)境變化的瞬態(tài)過程中，熱應(yīng)力如何隨溫度場同步演變，清晰地揭示了應(yīng)力集中區(qū)域的動態(tài)形成過程與峰值時刻。這為評估元件在真實波動工況下的瞬態(tài)力學(xué)負(fù)載與潛在風(fēng)險提供了直接的依據(jù)。
本次分析有效完成了從動態(tài)熱輸入到動態(tài)應(yīng)力輸出的因果鏈路驗證，為后續(xù)的簡易可靠性評估與設(shè)計改進提供了核心的觀測數(shù)據(jù)。
展開 技術(shù)鄰Ansys培訓(xùn)的定制化優(yōu)勢如何直擊企業(yè)痛點？
技術(shù)鄰Ansys熱仿真定制培訓(xùn)通過“需求精準(zhǔn)匹配+實戰(zhàn)案例教學(xué)+全流程保障”，使工程師方案落地率從30%提升至85%，已成為500+企業(yè)解決熱設(shè)計痛點的首選，徹底打破“培訓(xùn)與實戰(zhàn)脫節(jié)”的行業(yè)困境。
在工業(yè)研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程中，Ansys熱仿真技術(shù)的重要性已達(dá)成行業(yè)共識，但企業(yè)在實際應(yīng)用中卻普遍陷入“技術(shù)落地難”的困境——工程師往往“會操作軟件卻不會解決實際問題”“懂理論公式卻不懂工況適配”，導(dǎo)致仿真技術(shù)無法轉(zhuǎn)化為實際研發(fā)價值。而技術(shù)鄰培訓(xùn)直擊企業(yè)需求的定制化優(yōu)勢，完全區(qū)別于通用類培訓(xùn)“千人一課”的泛化教學(xué)模式。
定制化優(yōu)勢的首要體現(xiàn)，是從源頭實現(xiàn)需求的精準(zhǔn)匹配，徹底避免“學(xué)非所用”。培訓(xùn)啟動前，技術(shù)鄰會指派專屬需求對接專員，與企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人進行2-3輪深度溝通，不僅明確企業(yè)產(chǎn)品類型（如新能源電池、工業(yè)烘箱、電子密封艙等）、核心熱設(shè)計痛點（如電池快充熱堆積、箱體溫度不均、元器件過熱等），還會精準(zhǔn)鎖定培訓(xùn)目標(biāo)（如獨立完成瞬態(tài)熱仿真、輸出可落地的散熱優(yōu)化方案、建立內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)化流程等）。同時，專員會詳細(xì)采集企業(yè)實際工況參數(shù)，如電池快充倍率、烘箱加熱功率、環(huán)境溫度范圍等，形成一份針對性極強的需求分析報告。待企業(yè)提交產(chǎn)品3D模型、材料物理參數(shù)（如導(dǎo)熱率、比熱容）及過往測試數(shù)據(jù)后，講師團隊會組建專項分析小組，結(jié)合模型復(fù)雜度、工況難度及企業(yè)研發(fā)流程，對培訓(xùn)內(nèi)容進行精準(zhǔn)定制。例如，針對新能源電池企業(yè)，培訓(xùn)重點會聚焦“動力電池快充熱堆積仿真”“儲能電池熱失控防護模擬”；針對箱體制造企業(yè)，則側(cè)重“穩(wěn)態(tài)熱仿真定位溫度盲區(qū)”“Fluent流場仿真優(yōu)化氣流結(jié)構(gòu)”；針對電子設(shè)備企業(yè)，會強化“電子密封艙瞬態(tài)熱仿真”“熱結(jié)構(gòu)耦合驗證密封性”等實操內(nèi)容，確保培訓(xùn)內(nèi)容與企業(yè)需求100%匹配。
實戰(zhàn)化教學(xué)是定制化優(yōu)勢的核心落地環(huán)節(jié)，真正實現(xiàn)“用自家項目學(xué)技術(shù)，學(xué)完即能用”。
展開 企業(yè)工程師怕項目搞不定？技術(shù)鄰Ansys培訓(xùn)高效破局
課程鏈接：
? Ansys LSDYNA瞬態(tài)熱仿真：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/lsdyna
? Ansys NCode熱疲勞仿真：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/ncode
企業(yè)培訓(xùn)聯(lián)系人手機號：18602195606
「CFD案例-Fluent」23 固體圓柱自然對流換熱二維瞬態(tài)分析
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進行固體圓柱自然對流換熱二維瞬態(tài)CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導(dǎo)入ANSYS Mesh進行網(wǎng)格劃分，并進行命名邊界條件，然后利用Fluent進行求解，最后在CFD-POST中進行后處理。案例基于2D、瞬態(tài)求解。
一
案例模型
二
Workbench設(shè)置
▼ 將Fluid Flow(Fluent)拖入右邊空白界面。
▼ 以DesignModeler方式打開Geometry。
模型建立完畢，轉(zhuǎn)入ANSYS Mesh，網(wǎng)格劃分。
三
Fluent設(shè)置
▼ 打開Fluent登錄界面進行設(shè)置。
展開 熱仿真 | 月球探索：照亮陰影中的目標(biāo)
相反，在使用Ansys Explicit進行瞬態(tài)熱仿真過程中，ASU團隊使用液氮冷卻進行了部分真空測試，然后驗證了物理模型，該模型假定初始探測器溫度為36℃ (96.8℉)，環(huán)境溫度為-237.85℃ (-396.13℉)。該團隊確定，在失去溫度控制且探測器停止工作之前，探測器的電子設(shè)備應(yīng)該能夠連續(xù)工作5個小時。
一種新穎、可擴展的方法
VELOS物理原型證明，這不僅僅是一個想象的概念。在測試過程中，發(fā)射器成功啟動，將探測器在地球重力下發(fā)射了超過16.5米（54英尺），這與月球重力下達(dá)到預(yù)期的100米目標(biāo)相同。以不同距離和方向發(fā)射的兩個探測器保持運行。
探測器撞擊仿真結(jié)果
盡管認(rèn)為商業(yè)太空供應(yīng)商可以采用VELOS概念并非沒有道理，但VELOS的前景如何還不確定。
與此同時，ASU光度實驗室團隊，一個開發(fā)全新解決方案來應(yīng)對世界上一些最迫切挑戰(zhàn)的小組，已經(jīng)開發(fā)出一種創(chuàng)新性、低成本、可靠且可擴展的方法來探索未知環(huán)境；然而如果不借助Ansys仿真技術(shù)，他們將很難達(dá)到這一目標(biāo)。
展開 一分鐘了解穩(wěn)態(tài)熱分析&瞬態(tài)熱分析
4）網(wǎng)格劃分
低階熱傳導(dǎo)桿單元（DC1D2），劃分40個單元。
5）溫度分布仿真結(jié)果
2.4.解析解與有限元仿真解的比較
單軸直桿穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)解析解與數(shù)值解計算結(jié)果如下表所示。可以看到數(shù)值解與解析解是完全一致的。根據(jù)熱流率的仿真結(jié)果看，流入熱量與流出熱量是相等的，滿足能量守恒定律。
3.單軸直桿瞬態(tài)熱分析
不同于穩(wěn)態(tài)傳熱分析，瞬態(tài)傳熱分析是指一個系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在穩(wěn)態(tài)傳熱分析中，分析步時間是沒有意義的；而在瞬態(tài)傳熱分析中，分析步的時間是有實際意義的。
3.1.問題描述
如圖所示的單軸直桿傳熱模型（不考慮輻射和對流換熱），熱流率Q=1W從溫度T(0)端流入，流過長度L=400mm，橫截面積A=10×10mm2的直桿，從溫度T(L)=20°C端流出，假設(shè)材料為鋁合金，導(dǎo)熱系數(shù)k=100W/(m°C)，計算直桿的左端點和中點的溫度隨時間的變化曲線。
3.2.有限元解
1）材料定義
不同于穩(wěn)態(tài)熱分析，在瞬態(tài)熱分析中除了定義熱導(dǎo)率（Conductivity）之外，還需要定義密度（Density）和比熱容（Specific Heat）。
2）分析步設(shè)置
定義瞬態(tài)傳熱分析步，分析步時間為60s。初始增量步設(shè)為1s，最小增量步設(shè)為0.0006s，最大增量步設(shè)為1s。每個增量步所允許的溫度的最大變化設(shè)為50°C。
3）邊界條件和載荷
邊界條件和載荷同上述穩(wěn)態(tài)熱分析。另外再對整個直桿施加20°C的初始溫度場。
4）網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格劃分同上述穩(wěn)態(tài)熱分析。
5）溫度分布仿真結(jié)果
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)
