ANSYS熱應(yīng)力仿真的案例
零基礎(chǔ)能學(xué)Ansys熱應(yīng)力分析嗎？技術(shù)鄰打破學(xué)習(xí)壁壘輕松入門
零基礎(chǔ)也能高效掌握Ansys熱應(yīng)力分析，技術(shù)鄰?fù)ㄟ^“低門檻準(zhǔn)入+拆解式教學(xué)+全流程保障”，讓新手1-2周上手實(shí)戰(zhàn)，已幫助500+企業(yè)零基礎(chǔ)工程師實(shí)現(xiàn)技能突破，學(xué)員獨(dú)立完成仿真項(xiàng)目的平均周期從1.5個(gè)月縮短至2周。
“沒接觸過有限元理論，怕聽不懂公式推導(dǎo)”“只會(huì)打開Ansys軟件畫簡(jiǎn)單模型，不知道怎么開展熱應(yīng)力分析”“擔(dān)心課程太復(fù)雜，學(xué)完還是不會(huì)做自己的項(xiàng)目”——這是絕大多數(shù)零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)者面對(duì)Ansys熱應(yīng)力分析時(shí)的普遍顧慮。但事實(shí)上，基礎(chǔ)薄弱絕非學(xué)習(xí)的“攔路虎”，技術(shù)鄰深耕工業(yè)仿真培訓(xùn)8年，針對(duì)零基礎(chǔ)群體的學(xué)習(xí)痛點(diǎn)，量身打造了Ansys熱應(yīng)力定制培訓(xùn)體系，大幅降低準(zhǔn)入門檻：只要對(duì)Ansys軟件有初步認(rèn)知（比如會(huì)新建模型、導(dǎo)入簡(jiǎn)單零件），或了解“溫度梯度”“應(yīng)力”等基本工程概念，無(wú)需掌握高深理論，就能順利開啟學(xué)習(xí)，徹底打消“沒基礎(chǔ)學(xué)不會(huì)”的顧慮。
不同于普通課程“先講三個(gè)月理論、再練無(wú)關(guān)通用案例”的枯燥模式，技術(shù)鄰?fù)耆^晦澀的有限元公式推導(dǎo)，從企業(yè)實(shí)際工程需求出發(fā)，用“可落地的操作步驟”替代“抽象的學(xué)術(shù)概念”，讓零基礎(chǔ)學(xué)員無(wú)需背負(fù)知識(shí)包袱，直接進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)環(huán)節(jié)。講解核心知識(shí)點(diǎn)時(shí)，講師全程結(jié)合真實(shí)行業(yè)案例舉例，避免抽象表述：比如介紹“瞬態(tài)熱應(yīng)力與穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力”的區(qū)別時(shí)，不會(huì)單純講解“時(shí)間依賴性”理論，而是通過“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)（溫度快速變化，需瞬態(tài)分析）”與“發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（溫度穩(wěn)定，用穩(wěn)態(tài)分析）”的場(chǎng)景對(duì)比，搭配溫度場(chǎng)云圖動(dòng)態(tài)演示，讓學(xué)員瞬間理解兩種分析類型的適用場(chǎng)景；講解“熱膨脹系數(shù)對(duì)熱應(yīng)力的影響”時(shí)，會(huì)以“鋼質(zhì)散熱板與鋁合金電芯的熱應(yīng)力匹配”為例，通過仿真結(jié)果對(duì)比，直觀展示“熱膨脹系數(shù)差異1.8倍會(huì)導(dǎo)致接觸應(yīng)力升高至180MPa”，讓抽象參數(shù)與實(shí)際影響建立關(guān)聯(lián)。
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
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到熱循環(huán)的作用，因此，焊點(diǎn)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(diǎn)”。</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 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(dòng)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(gè)連續(xù)的固體焊縫。整個(gè)過程中不會(huì)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(shì)，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(chǎng)會(huì)影響應(yīng)力分布，因此本示例采用了一個(gè)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(chǎng)實(shí)體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個(gè)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(gè)載荷步進(jìn)行，分別代表過程中的壓入、停留和移動(dòng)階段。
計(jì)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(gè)粘結(jié)溫度，以此來(lái)模擬工具后面的焊接過程。當(dāng)接觸表面的溫度超過這個(gè)粘結(jié)溫度時(shí)，接觸狀態(tài)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)狀態(tài)
展開 AnsysWB-表面貼片電阻的熱載荷應(yīng)力仿真 ￥15
表面貼片電阻會(huì)受到熱循環(huán)的影響。材料之間的熱膨脹差異會(huì)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(diǎn)，因此會(huì)產(chǎn)生稱為蠕變的變形。
干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應(yīng)力仿真應(yīng)用
激光焊接具有功率密度高、熱影響區(qū)和熱變形小、焊縫深寬比大、焊接質(zhì)量高等許多優(yōu)點(diǎn)，此外，激光焊接還具有加工區(qū)域細(xì)小、能量密度高、熱源易控制、熱影響區(qū)窄等特點(diǎn)。因此，激光焊接是鋼/鋁異種金屬的理想焊接方法。
利用Ansys Workbench仿真平臺(tái)可直接對(duì)焊接過程進(jìn)行熱固耦合數(shù)值求解，進(jìn)而得到給定工藝參數(shù)條件下的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布。示意簡(jiǎn)單模型如下：
幾何模型
仿真過程中，對(duì)于模型三個(gè)部件，采用掃描方法劃分六面體網(wǎng)格，板材厚度方向上，定義三層網(wǎng)格以捕捉彎曲變形效果；材料選用普通結(jié)構(gòu)鋼。
網(wǎng)格模型
1.激光焊過程瞬態(tài)熱分析
為了仿真激光焊接過程產(chǎn)生的熱場(chǎng)分布，必須建立精確地?zé)嵩础?duì)于這種移動(dòng)熱源施加問題，可以借助ANSYS軟件的ACT工具“Moving_Heat_Flux”實(shí)現(xiàn)高斯熱源載荷設(shè)置：移動(dòng)熱流率或移動(dòng)熱能量?jī)煞N方式。
移動(dòng)熱流率源載荷：
熱動(dòng)熱能量源載荷：
本案例中，采用移動(dòng)熱流率載荷，熱源移動(dòng)速度為5 mm/s，從初始時(shí)刻起，作用總時(shí)間44 s，激光能流量強(qiáng)度為7.5 w/mm2，作用區(qū)域半徑5 mm。結(jié)構(gòu)外表面設(shè)置對(duì)流換熱條件，環(huán)境溫度22度。
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(dòng)熱源通過插件實(shí)現(xiàn)
熱應(yīng)力仿真案例分享
仿真軟件可以幫助我們理解和優(yōu)化組件設(shè)計(jì)。任何一個(gè)仿真都需要基于實(shí)際應(yīng)用建立模型。建模使我們能夠足夠詳細(xì)地表征真實(shí)的現(xiàn)象，從而獲得特定應(yīng)用或組件的相關(guān)信息。本文將分享一個(gè) COMSOL 案例庫(kù)中的模型：渦輪靜葉片的熱應(yīng)力分析，并研究其中非常重要的熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力的影響。
高效的傳熱仿真
為了快速計(jì)算，我們可以預(yù)先定義渦輪靜葉片模型的傳熱，但并不具體求解。請(qǐng)注意，這里介紹的模擬標(biāo)準(zhǔn)可以是研究的最終目標(biāo)，也可以作為了解模型概況和驗(yàn)證所有設(shè)置是否一致的第一步。無(wú)論哪種情況，我都建議從建立簡(jiǎn)單的模型開始，在這個(gè)過程中可以通過設(shè)置不同的參數(shù)來(lái)輕松驗(yàn)證模型行為。此外，如果不需要幾個(gè)小時(shí)或好幾天才能獲得模擬結(jié)果，效果會(huì)更好。(這種計(jì)算只應(yīng)在經(jīng)過驗(yàn)證的初始模型作為實(shí)際生產(chǎn)前的最終模型進(jìn)行仿真時(shí)，或?yàn)榇_保質(zhì)量的最終模擬時(shí)運(yùn)行)。
靜葉片的幾何結(jié)構(gòu)，包括安裝細(xì)節(jié)、葉片及葉片內(nèi)的冷卻管道。
模擬渦輪靜葉片的熱應(yīng)力
讓我們以
渦輪靜葉片熱應(yīng)力分析模型
為例，來(lái)說明如何通過定義各種模擬細(xì)節(jié)來(lái)建立一個(gè)高效但仍能確保準(zhǔn)確性的模型。在這個(gè)案例模型中，定子由葉片內(nèi)的一根導(dǎo)管組成，流體通過導(dǎo)管流經(jīng)定子進(jìn)而冷卻結(jié)構(gòu)。由于靜葉片的速度很高，周圍環(huán)境和定子表面之間的熱量也會(huì)大量傳遞。
加快模型計(jì)算的關(guān)鍵是使用平均努塞爾數(shù)相關(guān)性，而不是通過模擬管道和葉片周圍的復(fù)雜流動(dòng)來(lái)估算流體和結(jié)構(gòu)之間的傳熱系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或文獻(xiàn)查閱，可以找到能夠很好地反映熱交換過程的平均努塞爾數(shù)相關(guān)性。
預(yù)定義和用戶定義表達(dá)式
在靜葉片模型中，一些熱交換系數(shù)是利用經(jīng)典條件建立的，而模型的一些部分并不適合任何一個(gè)經(jīng)典的設(shè)置。因此，這部分需要經(jīng)過模擬條件驗(yàn)證的定制公式。對(duì)于經(jīng)典條件，
傳熱模塊
提供了預(yù)定義的相關(guān)關(guān)系。
展開 CAE仿真對(duì)汽車零部件的仿真分析（二）離合器熱應(yīng)力分析
汽車離合器的熱應(yīng)力和熱變形是汽車行業(yè)在可靠性設(shè)計(jì)中所關(guān)心的最基本的問題，通過CAE仿真指出汽車在高溫和相互作用力的條件下產(chǎn)生的集中應(yīng)力和變形等。仿真數(shù)據(jù)為汽車離合器產(chǎn)品的全生命周期設(shè)計(jì)和評(píng)估提供重要的參考依據(jù)，在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中提高可靠性、降低產(chǎn)品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。下面我們通過一個(gè)案例對(duì)汽車離合器熱應(yīng)力進(jìn)行分析。
案例分析工況：
將壓盤和摩擦片之間連接簡(jiǎn)化成綁定，兩個(gè)摩擦片的金屬部分螺栓連接簡(jiǎn)化為耦合連接，摩擦片金屬部分和從動(dòng)軸之間的螺栓連接簡(jiǎn)化成耦合連接，固定住耦合點(diǎn)。將整個(gè)模型由初始溫度20℃升溫到120℃，計(jì)算升溫后模型各部件的熱應(yīng)力和變形情況。
分析結(jié)果—應(yīng)力云圖：
從結(jié)果云圖上看，受熱之后，壓盤熱應(yīng)力最大位置位于壓盤前表面，摩擦片最大熱應(yīng)力位于兩摩擦片之間的面。
分析結(jié)果—變形量云圖：
從結(jié)果云圖上看，位移變形量較大的地方發(fā)生在壓盤邊緣，最大變形量為0.04595mm。
分析結(jié)果-位移變形云圖-X方向：
分析結(jié)果-位移變形云圖-Y方向：
分析結(jié)果-位移變形云圖-Z方向：
結(jié)果匯總：
摩擦片和壓盤最大熱應(yīng)力以及熱變形總結(jié)如下表。
總結(jié)：
通過對(duì)汽車離合器拉力強(qiáng)度分析，我們可以看出合理運(yùn)用CAE仿真技術(shù)，可以有效的解決汽車研發(fā)過程中一些技術(shù)上的難點(diǎn)和問題，縮短研發(fā)周期從而提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
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(gè)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(dòng)層，帶動(dòng)被動(dòng)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(duì)流對(duì)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(jìn)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(gè)熱雙金體功耗不同，主動(dòng)層更大，在Fluent計(jì)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 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(huì)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。
膠熱固殘余應(yīng)力仿真
各位大佬，怎么使用abqus仿真膠熱固過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
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(huì)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。
5_APDL基礎(chǔ)及仿真理論-熱應(yīng)力分析
ANSYS命令流學(xué)習(xí)筆記6
!熱應(yīng)力分析
!學(xué)習(xí)重點(diǎn)：
!1、 理解熱力耦合的直接法和間接法
!間接法：先進(jìn)行熱分析，然后將求得的節(jié)點(diǎn)溫度作為載荷施加到結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中。
!直接法：直接采用具有溫度和位移自由度的耦合單元，同時(shí)得到熱分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的結(jié)果。直接法又分弱耦合和強(qiáng)耦合選擇強(qiáng)耦合時(shí)，形成不對(duì)稱矩陣，線性系統(tǒng)可以直接求解。選擇弱耦合時(shí)，對(duì)稱矩陣，還是把熱和結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行求解，并將熱結(jié)果施加在結(jié)構(gòu)上，是間接法的變形，至少經(jīng)過兩次迭代。弱耦合可以保證精度。
!2、如何利用坐標(biāo)值來(lái)選擇單元或幾何。熟練應(yīng)用nsel，lsel，asel命令。選擇不同的單元，指定不同單元類型，或者材料屬性
!3、后處理強(qiáng)度理論的理解。不同的材料可以發(fā)生不同形式的失效。而且同一種材料在不同的受力狀態(tài)下，也可以發(fā)生不同的失效模式。如碳鋼單向拉伸，以屈服模式失效。但制成螺釘時(shí)，其根部應(yīng)力集中引起三向拉伸，會(huì)出現(xiàn)斷裂。鑄鐵單向拉伸斷裂失效，但是鋼球擠壓鑄鐵板時(shí)，接觸點(diǎn)三向受壓狀態(tài)，鑄鐵出現(xiàn)屈服。無(wú)論脆性還是塑性材料，在三向拉應(yīng)力相近時(shí)應(yīng)用第一強(qiáng)度理論（最大拉應(yīng)力），以斷裂失效判定。在三向壓應(yīng)力相近時(shí)，都會(huì)引起塑性變形，采用第三或第四強(qiáng)度理論。
！第三強(qiáng)度理論，最大切應(yīng)力理論。各向同性的材料，最大剪應(yīng)力校核，適用于塑性材料，屈服失效。偏保守。σ1-σ3≤ [σ]。莫爾強(qiáng)度理論可以看做第三強(qiáng)度理論的推廣，但是實(shí)際上莫爾強(qiáng)度理論以試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過邏輯綜合得到的。
！第四強(qiáng)度理論，最大形狀改變比能理論，適用于塑性材料的屈服失效，比第三理論適用范圍廣。Squa{1/2*[ (σ1-σ2)^2 + (σ2-σ3)^2 +(σ3-σ1)^2 ] } ≤ [σ]
!案例如下：
!
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(lái)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(jì)算兩根桿件的伸長(zhǎng)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(jì)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(gè)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(duì)于材料設(shè)置，需要?jiǎng)?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(duì)于AB桿，則設(shè)置剛性很大（例如彈性模量是鋼材的千萬(wàn)倍）的材料。
3.幾何建模。分別創(chuàng)建三個(gè)線體，分別代表AB,AD和BE。對(duì)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(zhǎng)度劃分。
6.連接。所有連接處均使用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。
7.分析設(shè)置。給定參考溫度和實(shí)際溫度。
8.后處理。在后處理中提取梁?jiǎn)卧膬?nèi)力。
【仿真過程】
1.打開ANSYS WORKBENCH14.5
2.創(chuàng)建項(xiàng)目流程圖。
這里創(chuàng)建一個(gè)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(gè)新材料，其彈性模量是2E18,即彈性模量是鋼材的千萬(wàn)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(zhǎng)度單位是毫米。
以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，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(diǎn)的坐標(biāo)如下。
展開 基于內(nèi)部通道冷卻的渦輪葉片熱應(yīng)力仿真 ￥5
由于刀片中的溫度梯度， 會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。
在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計(jì)算出來(lái)，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對(duì)共軛傳熱進(jìn)行建模 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計(jì)算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過孔，可以提供一種廉價(jià)的解決方案，而不會(huì)造成重大損失 準(zhǔn)確性。由于通過冷卻孔的質(zhì)量流量是已知的，因此經(jīng)驗(yàn) 薄膜系數(shù)的關(guān)系可用于模擬來(lái)自 刀片到流體。
