電-熱-力多場耦合分析的案例
Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準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行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
展開 Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準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行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
有Abaqus相關的問題可以聯系扣扣1653004885
展開 鎳鉻電阻層熱-電-力多物理場耦合仿真 ￥500
這是由于熱導致的界面應力過 大引起的。電阻層一旦分離，其局部就會過熱，這又加速了電阻層的分離。最后，在 最糟糕的情況下，電路可能會過熱并燒壞。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引起的界面張力也很重要。電阻層的幾何形狀是設計電路 正常工作的關鍵參數。可以通過模擬電路來研究上述所有方面。
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，該電阻層產生焦耳熱。該電阻層的屬性決定了產生的熱量。模擬了加熱電路的焦耳熱分布以及熱膨脹變形，模擬結果如圖所示：
焦耳熱分布云圖
電熱板熱膨脹變形
感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結構耦合計算
為了節省計算時間，計算熱應力時采用半槽模型進行計算。
圖3 熱應力計算模型
（1）溫度分布邊界直接由電熱場計算結果導入。
（2）位移邊界為AB梁底部的支柱固定。
（3）所施加載荷為：
重力加速度9.8m/s2
槽內熔體的壓力：
上部結構壓力
圖 4 溫度分布由熱場計算結果導入
3 后處理結果和分析
電解槽的總位移以及X，Y，Z方向位移如圖5所示。其中X方向為煙道端到出鋁端，Y方向為進電端到出電端，Z方向為豎直方向。總位移最大值為29.8mm，位于陰極炭塊上表面。由于內襯的熱膨脹和陰極炭塊的鈉膨脹，電解槽有上拱的趨勢，中間的炭塊上拱最明顯。
圖5 電解槽位移計算結果
電解槽應力計算結果如圖6所示。最大應力為422Mpa，位于搖籃架拐角處，此處應力集中比較嚴重。
圖6 電解槽Mises應力
4 小結
本文建立了電解槽熱應力-鈉膨脹耦合計算模型，提出了利用傳熱和擴散的相似性來模擬鈉擴散的方法，并根據計算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉化為熱膨脹，模擬了電解槽的鈉膨脹應力和熱應力。模型中考慮了材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內襯的受熱收縮效應，得出了與實際情況比較相近的結果。
展開 
基于Ansys WB耦合場瞬態模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車盤）
基于Ansys WB耦合場瞬態模塊的熱-力耦合分析
1、引言
熱-力耦合分析根據其耦合的方式一般分為順序耦合和完全耦合；順序耦合是單向的，如已知溫度計算結構體的變形、應力、應變等；而完全耦合是雙向的，如剎車盤制動過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導致盤片變形，變形的盤片進一步影響盤片和摩擦片的接觸關系，又進一步的影響摩擦生熱，即力→熱→力→......熱力雙向耦合。
隨著Workbench軟件的更新，再2020以后的版本中加入了耦合場分析模塊，無論是順序耦合和完全耦合，均不需要插入命令流，大大簡化了分析流程。本文采用耦合場瞬態模塊進行完全熱-力耦合分析。
圖1 WB耦合場模塊
2、三維模型搭建與網格劃分
利用solidworks對剎車盤進行三維模型的搭建，摩擦片距剎車盤預定距離為1mm，如圖2所示，導入Hypermesh中進行幾何清理（將小孔、窄邊等進行優化）和網格劃分，如圖3所示，值得注意的是WB對.inp格式（Abaqus）的網格兼容性較好，因此Hypermesh導出網格類型為Abaqus的.inp文件。在這里不再過多的介紹前處理部分，主要針對耦合場的搭建與分析。
圖2剎車盤三維模型
圖3 剎車盤網格劃分
3、耦合場分析搭建
從外部導入.inp網格文件，搭建分析流程，如圖4所示。
圖4 分析流程搭建
3.1 材料定義
材料屬性的定義，參考論文[1]所給出的參數，如下表所示。
對于熱力耦合分析，比熱容、線膨脹系數、熱傳導系數是三個必要的熱力學參數。
展開 電子電器的電-熱-結構三場耦合分析（原創，如轉載，請注明出處）
分析類型：基于WORKBENCH的電-熱-結構三場耦合分析
分析平臺：WORKBENCH17
技術難點：耦合分析
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：電場生熱，導致結構應力和變形
工程意義：電子電器的多場耦合分析
研究對象：電子電器
模擬過程：兩端加220V電壓，研究電路生熱的情況，溫度應力和結構變形。
代做業務：電子電器的熱分析，電-熱-結構三場耦合分析
最后說下：最近模仿本人風格的現象比較嚴重，甚至于基本完全的“拿來主義”，請關注“正版”，杜絕“山寨”。鄭重聲明：與本人相似風格的帖子和成員介紹，絕非本人馬甲，與本人完全無關。
模型
幾何模型
有限元模型
電壓分布
電流密度
電場強度
溫度
焦耳熱分布
結構變形
結構應力
展開 基于ANSYS的通電電纜的電-熱場耦合分析----年前最后一例，預祝大家新年快樂！
基于ANSYS的通電電纜的電-熱場耦合分析
本文對電纜的電熱場進行分析，通過ANSYS APDL建模分析,采用單元直接耦合電熱場，準確模擬了電纜的電熱場分布，對工程實踐有指導意義。
1 序言
110k V 及其以上電壓等級的電力電纜，作為電力系統中重要的輸電設備，其安全運行對電力系統非常重要。一旦電力電纜發生故障，不僅會產生巨大的經濟損失，同時還會產生大面積的停電，造成嚴重社會影響。由于運行中的線路過負荷導致電纜過熱受損，由于線路敷設環境造成電纜護層化學腐蝕和電解腐蝕，由于海纜鎧裝、護套材料造成的電磁場導致絕緣受損等。這些缺陷在電纜線路運行中逐漸發展，直接威脅電網供電的可靠性。如何提高海底電力電纜運行安全性，是保障電力系統可靠供電至關重要的一個環節。
2 模型參數
為電纜的導體由多股導線絞合而成，所以導體表面不光滑會導致導體周圍電場分布不均勻，所以實際上電纜導體外會存在半導體屏蔽層，作用是均衡導體表面的電場。同理，電纜三相也是絞合的，為了均衡其表面電場，在主絕緣外也會存在一層半導體屏蔽層。在這里，我們把模型理想化，導體僅由一根粗導線組成，因此表面是光滑的，同時電纜三相在一段距離里，近似沒有換位，而是平行的。
材料：丁苯橡膠（絕緣） 聚丙烯 （填充） 銅芯（紫銅） 氯丁橡膠（護套） 電纜
邊界：通過電流90A 電纜長度 23mm 外部溫度7℃
圖 電纜模型和材料
圖 有限元模型
3 結果分析
電纜在滿負荷正常運行時，電纜內部最高溫度為 79.9℃，最高電場強度為13.7MV/m。根據運行經驗，電纜正常運行時內部最高不會超過 90℃，電場強度不會超過 35MV/m，因此，此時電纜工作正常。
圖 溫度場云圖
圖 電場強度
圖 電勢分布
展開 結構、流體、熱分析、多物理場耦合、電磁仿真硬件配置探討-1
求解問題歸類：
2.1結構力學（動態類）仿真求解計算分析
求解問題 對碰撞、爆炸、沖擊等仿真分析
主要軟件：ANSYS LS-DYNA，ANSYS AUTODYN, ABAQUS/Explicit ,MSC Dytran,Altair RADIOSS，
主要算法 有限元法為主（中心差分法），顯式計算模式，無需迭代
硬件特點：CPU多核并行度高，內存相對小，無硬盤io要求
2.2結構力學（靜態類）仿真求解計算分析
求解問題 對應力、強度、疲勞、耐久仿真分析
主要軟件：ABQAQUS /Standard, MSC MARC，Ansys Mechanicl，ADINA，MSC Fatigue
主要算法 有限元法為主（Newton-Raphson法），隱式計算模式，迭代密集
硬件配置特點：CPU多核并行度較高，內存相對大，硬盤io要求高
2.3流體力學仿真求解計算分析
求解問題 計算流體動力學仿真分析
主要軟件：ANSYS Fluent，ANSYS CFX,西門子 STAR CCM+
主要算法 有限體積法為主（顯式/隱式或混合模式計算模式）
硬件配置特點：CPU多核并行度高，部分支持GPU加速，內存相對小，無硬盤io要求
2.4多物理場耦合仿真計算分析
求解問題 結構、流體、熱等耦合仿真分析
主要軟件：Comsol Multiphysics ，ANSYS Multiphysics
主要算法 有限元法分析、有限體積法、邊界元法和粒子追蹤方法等（混合模式）
硬件配置特點：CPU多核并行度高，內存容量大，硬盤io一般，無GPU加速
2.5電磁仿真仿真計算特點與硬件配置分析
求解問題 電磁場及耦合仿真分析
主要算法 有限元法，時域與頻域全波求解（MoM、FDTD、FEM 和 MLFMM）等
主要軟件：ANSYS HFSS ，Maxwell
展開 基于comsol的三相變壓器電磁、熱、固、噪聲多物理場耦合仿真分析 ￥4500
鐵心產生噪音原因是構成鐵心硅鋼片交變磁場作用下，會發生微小變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率變化做周期性<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%8C%AF%E5%8A%A8/33108" rel="noopener noreferrer" target="_blank">振動</a>，鐵心磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內電磁力所引起。繞組產生振動原因是電流繞組中產生電磁力，漏磁場也能使結構件產生振動。電磁噪音產生原因是磁場誘發鐵心疊片沿縱向振動產生噪音，該振動幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質磁性能有關，而與負載電流關系不大。 電磁力(和振動幅值)與電流平方成正比，而發射聲功率與振動幅值平方成正比。變壓器的噪音來源于變壓器本體和冷卻系統兩個方面。</p><p><br></p><p> 此次采用Comsol制作了三相變壓器 電磁、熱、固、噪聲多物理場耦合模型，分析三相變壓器在多次諧波工況下的表現。
展開 用戶作品賞析 | Ansys Workbench多物理場耦合技術在車載電力產品熱分析領域的應用
寫在前面
2021 Ansys Innovation大會同期的 “用戶優秀作品展示” 中，我們欣賞到來自【Ansys Innovation大會論文及案例征集】以及【Ansys LS-DYNA用戶案例競賽】的眾多優秀作品，同時，多位作品作者也受邀成為本屆大會主題報告的演講嘉賓。本期開始Ansys中國微信公眾號將連載發布所有獲獎作品，詳盡展現用戶如何從Ansys工程仿真解決方案中獲益，誠邀各位近距離觀賞他們的應用實踐真知，希望通過這些杰出的工程仿真實踐指導更多用戶。
【Ansys Innovation大會論文及案例征集】 - Top12 優秀作品
【Ansys LS-DYNA用戶案例競賽】 - 獲獎作品
Ansys Workbench多物理場耦合技術在車載電力產品熱分析領域的應用
內容簡介
在新能源汽車動力系統設計過程中，由于集成度越來越高，相關的熱分析也越來越多的使用到多物理場分析流程。在利用Ansys軟件包對三合一驅動電機和48v輕中混電機整機系統進行熱分析的過程中，計算流程中使用到了電磁-流體-熱的多物理場耦合分析。
展開 Comsol的電潤濕液態鏡頭多物理場耦合仿真 ￥2800
<p>開放群：566811107（資料多，不僅限交流）</p><p>群一：836281296</p><p>群二：594368389 </p><p>群三：1080606488 </p><p>群四： 678357196 </p><p>我的qq： 209870384有興趣的可以加我，交流模型。</p><p><span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(25, 27, 31);"><img src="https://img.jishulink.com/202409/attachment/03e781d7307845c1b317891388404144.jpg?image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>電潤濕液態鏡頭</p><p> 電潤濕液態鏡頭與傳統透鏡有所不同，液體透鏡是一種使用一種或多種液體制成的無機械連接的光學元件，可以通過外部控制改變光學元件的內部參數，有著傳統光學透鏡無法比擬的性能。簡單來說就是透鏡的介質由玻璃變為液體。更準確地來說就是一種動態調整透鏡折射率或通過改變其表面形狀來改變焦距的新型光學元件。</p><p> 就目前研究成果來看，液態鏡頭主要分為三大類：漸變折射率透鏡（液晶）、液體填充式透鏡、電潤濕效應透鏡。
展開 
【11月15-16日 上海】ANSYS官方培訓—PCB熱-應力可靠性和多場耦合分析培訓班
PCB熱-應力可靠性和多場耦合分析培訓班
培訓背景
電路的集成規模越來越大，I/O數越來越多，PCB互連密度不斷加大，隨之帶來許多PCB及集成電路封裝可靠性問題。ANSYS專門針對PCB設計分析解決方案，可以快速從ECAD中直接導入PCB熱物參數，從而能在Mechanical中進行準確的PCB板熱力、疲勞、隨機振動、跌落等可靠性問題的仿真。ANSYS針對集成電路封裝也提供強大解決方案，可以快速準確進行集成電路熱應力問題、封裝翹曲、焊球疲勞問題、裂紋預測及擴展等可靠性分析。
本次培訓從解決PCB及集成電路封裝結構可靠性基礎功能入手，逐步深入到ANSYS解決PCB及集成電路封裝結構可靠性高級解決方案，并將演示國外專家解決集成電路封裝可靠性問題的多層次模型方案。
為了解決集成電路封裝結構可靠性仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“PCB熱-應力可靠性和多場耦合分析培訓班”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電熱場耦合計算
然而，鋁電解過程是一個電場、磁場、熱場、力場、流場以及濃度場復雜多物理場共同作用的過程，分析各場的作用機理，才能準確的描述鋁電解槽運行規律。開展多物理場仿真研究，逐步掌握鋁電解槽的運行規律，實現高效率、低能耗的鋁電解槽生產是鋁電解技術發展的趨勢。
電熱場耦合計算
1 模型說明
電熱場計算模型主要包括：立柱母線、大母線、陽極導桿、爆炸焊、陽極鋼爪、磷生鐵、陽極炭塊、電解質、鋁液、爐幫、陰極炭塊、鋼棒、扎糊、槽殼、搖籃架以及側部和底部的保溫材料。
槽幫模型的建立是通過建立槽幫橫截面形狀再拉伸而成。通過不斷調整橫截面形狀，可以調整槽幫模型，最終使槽幫表面節點溫度達到電解質結晶點。
拉伸而成的槽幫模型和角部炭塊模型有一部分是重疊的，需要進行布爾操作，而Solidworks里面沒有相減的布爾操作，所以布爾操作在導入workbench后進行。
陽極高度根據換極表確定。
圖1熱場計算整體模型
2 邊界條件
1、電場邊界條件
（1）立柱母線底部施加總電流420KA
（2）陰極鋼棒端頭施加零電位
2、熱場邊界條件
（1）電解槽周圍溫度按照車間實測溫度施加為50℃，覆蓋料表面溫度施加為槽內煙氣溫度120℃，其余位置根據實測結果給出。
（2）覆蓋料與槽罩內的空氣為對流和輻射換熱，綜合傳熱系數由公式確定。
展開 【3月22-25日 長沙】Workbench+Maxwell電磁場、磁熱、振動噪聲 多場耦合仿真
Maxwell已集成到ANSYS先進的仿真平臺Workbench中，Workbench獨特的項目圖形化界面把整個仿真過程緊密結合在一起，完成復雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結構等物理場相互耦合分析產品，可以在產品設計階段就能減少產品問題。
ANSYS多物理場解決方案能幫助工程師單獨和綜合分析多種物理力的效果，從而根據需要得到最高保真度的解。ANSYS能夠提供博大精深、經過實踐驗證的求解器技術。將上述求解器技術應用于多物理場仿真，是許多工程師下一步工作的選擇。為此，特舉辦“ANSYS Workbench+Maxwell電磁場、磁熱、振動噪聲多場耦合仿真”培訓。 詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年3月22日-3月25日（第一天報到，授課3天）
地點：湖南*長沙
主講專家
該課程講師，具有12年電磁工程仿真分析經驗，具備電磁熱等多物理場耦合仿真分析能力，一直對外提供技術咨詢服務，扎實的電磁和數值計算理論基礎；熟練掌握ANSYS EM、Workbench、Matlab等軟件，有變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等項目經驗。培訓40多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
增值服務
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名9折優惠；同一單位3人以上（含）報名8. 5折優惠；
課程結束后可領取該課程課件、配套CAE模型及10套相關學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
展開 COMSOL鋰電池技術仿真與應用(九)鋰電池電-熱-力-相全耦合模型搭建與應用
熱應力會對固體結構的強度和穩定性產生很大的影響，并可能使某些組件出現裂紋或斷裂。這些故障會破壞結構的整體設計，從而導致潛在的強度減弱和變形。此處注意的是，熱膨脹和插層膨脹的作用機理相似，插層膨脹系數與熱膨脹系數是影響這兩種膨脹的關鍵參數。
力相耦合
熱-力耦合模型基于固體力學框架而建立的耦合模型，在固體力學上耦合相場損傷接口，主要用于模擬電池的內部由于應力變化引起的材料斷裂和失效。相場方法的核心思想是利用彌散的相邊界描述實際上較為尖銳的邊界，通過引入序參量，便可用連續函數描述斷裂模型，并通過相場控制方程控制序參量的演化，使得在模擬時不用顯式地追蹤裂紋面，而是通過序參量的自動演化獲取裂紋路徑及位置。
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