電化學-熱-結構耦合的案例
LS-DYNA中鋰電池的電化學-熱-結構耦合擠壓、針刺模型
LS-DYNA的優勢是不同物理場的求解器可以用來求解不同部分的模型，比如電化學求解器用來進行part2（電池單元）的電化學電池模型求解，而用熱求解器去求解part1~4的溫度變化，而結構求解器則會求解part1~5整個模型的結構變形。
視頻展示了ECTM模型（電化學-熱-結構耦合模型）求解結果，右側為不同時間的電池溫度分布截圖。可以看到約8秒后熱點的發展過程。
為進一步分析，選擇5個單元并從中提取溫度數據，右上方圖表顯示了這5個單元的溫度隨時間變化的關系。可以看到，6秒后所有單元的溫度都將顯著升高，之后發生巨大的變化，這說明熱失控可能是由鏈式反應引起的。
小結
LS-DYNA R14版本更新了三個不同的電化學鋰電池模型， Newman型模型（6方程模型），熱模型（10方程模型）和多物理場模型（14方程模型）。同時對所有模型采用了修正的BV動力學方程以建立高速充放電仿真。熱模型和多物理場模型，還包含了電池老化模型、SEI的形成和分解的反應、熱失控模型以及電池膨脹模型。對于多物理場模型，LS-DYNA還實現了基于氧化和鋰水化反應機制的氣體生成模型，該模型主要應用于性能測試、過充測試和新型鋰電池設計等領域。
LS-DYNA還支持將三種電池求解器中的任何一種與熱以及結構求解器進行耦合。LS-DYNA中電化學模型同時支持SMP和MPP并行計算，可用于電池濫用測試，也可用于各種耦合問題。通過仿真，能夠建立電池系統的最小點火能量模型。
展開 基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥3000
</p><p>2） 正負極活性材料顆粒表面發生的電化學反應過程</p><p>與假設中一致，該過程采用Bulter—Volmer方程描述，該方程是局部電流密度與交換電流密度和過電勢之間的關系，其中，交換電流密度與固相鋰離子濃度，液相鋰離子濃度和電化學反應速率常數有關。注意：該過程非常重要，是連接電解液與電極活性材料之間的橋梁，僅發生在電解液與電極活性材料顆粒的界面（顆粒表面）上。</p><p>3） 電解質中鋰離子的傳質過程（包括擴散與遷移）</p><p>該過程不考慮對流傳質的情況，利用Nernst—Planck方程描述，擴散過程與濃度梯度與液相擴散系數有關，遷移過程則與液相電勢分布和濃度分布。</p><p>模型中遵從兩個守恒：電流守恒與物料守恒。</p><p>電流守恒是指總電流時時刻刻等于固相電流與液相電流之和，物料守恒則是指發生變化前后物質的總量不發生變化。</p><p>在有了上述基于電化學理論的P2D模型以后，我們就可以采用數值方法對以上過程進行求解。COMSOL</p><p>Multiphysics是一種多物理場耦合軟件，通過有限元法對問題進行求解。
展開 基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥2500
</p><p>2） 正負極活性材料顆粒表面發生的電化學反應過程</p><p>與假設中一致，該過程采用Bulter—Volmer方程描述，該方程是局部電流密度與交換電流密度和過電勢之間的關系，其中，交換電流密度與固相鋰離子濃度，液相鋰離子濃度和電化學反應速率常數有關。注意：該過程非常重要，是連接電解液與電極活性材料之間的橋梁，僅發生在電解液與電極活性材料顆粒的界面（顆粒表面）上。</p><p>3） 電解質中鋰離子的傳質過程（包括擴散與遷移）</p><p>該過程不考慮對流傳質的情況，利用Nernst—Planck方程描述，擴散過程與濃度梯度與液相擴散系數有關，遷移過程則與液相電勢分布和濃度分布。</p><p>模型中遵從兩個守恒：電流守恒與物料守恒。</p><p>電流守恒是指總電流時時刻刻等于固相電流與液相電流之和，物料守恒則是指發生變化前后物質的總量不發生變化。</p><p>在有了上述基于電化學理論的P2D模型以后，我們就可以采用數值方法對以上過程進行求解。COMSOL</p><p>Multiphysics是一種多物理場耦合軟件，通過有限元法對問題進行求解。
展開 ANSYS workbench摩擦盤熱結構耦合動力學 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習摩擦盤的三維模型處理
2、學習摩擦盤熱結構耦合接觸相關的接觸設置
3、學習熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習摩擦盤熱結構耦合接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 摩擦盤熱結構耦合動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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COMSOL電化學耦合案例天花板！
隔離膜中的聚合物骨架不導電子，電化學反應只發生在固體活性物顆粒與電解液交界面處，其反應方程式為：
陽極：LixC6? Li0C6+ xLi++ xe-
陰極：Liy - xFe POC4+ xLi++ xe-? Fi0PO4
1、電化學模型
基于 Newman 的多孔性電極理論的電化學模型，其中描述正負電極顆粒表面電化學反應過程的Buter-Volmer方程為：
j0為交換電流密度，單位為 A·cm-2；η 是局部過電位，單位為 V；αc和 αa是正負電極電化學反應轉移系數，取 0.5；F 為法拉第常數，數值為96485 C·mol-1；R 為理想氣體常數，數值為 8.314 J·mol-1· K-1。
交換電流密度表達式為：
k0為反應速率常數；cs,max為材料最大固相鋰離子濃度；cs,surf為電極和電解液界面處鋰離子濃度。
展開 ANSYS workbench 小塊熱結構耦合瞬態動力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習小塊移動的三維模型處理
2、學習小塊移動非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習小塊移動熱結構耦合動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 小塊移動熱結構耦合動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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鋰電池全三維電化學-熱偶合仿真 ￥600
針對NCM811和磷酸鐵鋰鋰離子電池，在COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件中搭建了全三維電化學-熱耦合模型，分析了鋰離子電池工作過程中的電極電位分布、電流密度分布和溫度場分布特性。結果表明，通過建立的全三維電化學-熱耦合模型可以得到電池局部電位分布和電流密度分布等傳統實驗方法難以獲得的結果；在鋰離子電池恒流放電過程中，單電極對內部存在明顯的溫度梯度，特別是在極耳和極板的過渡區，電池溫度梯度變化最大；放電過程中電池不同位置的溫升速率并不相同，放電前期，極耳區域溫升速率最大，遠離極耳的電池底部區域溫升速率相對較小，但是，放電后期有增大趨勢。
展開 ABAQUS 熱結構耦合顯示動力學三維正交切削分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與切削工藝相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握熱結構耦合顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解動力學分析步的建立
4、學習切削相關的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了ABAQUS 熱結構耦合顯示動力學三維正交切削分析。
本案例操作過程詳細，并且完整得提供了分析相關所有的文檔和分析文件。
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ABAQUS 熱結構耦合顯示動力學二維旋轉切削分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與切削工藝相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握二維模型的繪制
2、掌握熱結構耦合顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解動力學分析步的建立
4、學習切削相關的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了ABAQUS 熱結構耦合顯示動力學二維旋轉切削分析。
本案例操作過程詳細，并且完整得提供了分析相關所有的文檔和分析文件。
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ABAQUS 熱結構耦合顯示動力學二維正交切削分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與切削工藝相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握二維模型的繪制
2、掌握熱結構耦合顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解動力學分析步的建立
4、學習切削相關的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了ABAQUS 熱結構耦合顯示動力學二維正交切削分析。
本案例操作過程詳細，并且完整得提供了分析相關所有的文檔和分析文件。
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展開 WB12.0化工部件熱結構耦合分析（熱結構耦合，路徑線性化）
huagongbujian有限元應力分析及強度校核報告.doc
化工部件的熱結構耦合分析：
關鍵點：熱結構耦合，路徑線性化，六面體網格，漸變圓角
耦合場分析是WB的優勢功能之一，本報告利用WB做熱結構耦合，評價整體應力。由于報告中涉及隱私內容，故隱去一些關鍵數據和公式，望大家原諒。拋磚引玉，供大家交流學習經驗，共同進步！
基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析 ￥2500
</p><p><br></p><p><br></p><p>參考</p><p>1 靳鵬超，一種使用相變材料的新型電動汽車電池熱管理系統</p><p>2 尤若波，相變材料在動力電池熱管理中的應用研究</p><p>3 魏增輝，基于相變材料和液冷的LiFePO_4電池包熱管理研究</p><p>4 施尚，鋰電池相變材料_風冷綜合熱管理系統溫升特性</p><p>5 鄧元望，混合動力車用鋰電池相變材料_空氣耦合散熱</p><p>6 金標，泡沫銅_石蠟復合相變材料的車用動力鋰電池散熱分析</p><p>7 南爵，相變散熱在鋰離子電池熱管理中的應用</p><p>8王子晨，泡沫鋁_石蠟復合相變材料蓄熱實驗研究</p><p>（轉載：<a href="http://baijiahao.baidu.com/s?id=1586037820557836858&wfr=spider&for=pc" rel="noopener noreferrer" target="_blank">http://baijiahao.baidu.com/s?id=1586037820557836858&wfr=spider&for=pc</a>）</p><p><br></p><p>采用comsol的相變設置，耦合電化學、風冷，求解出來相變材料在不同區域的表現。
展開 基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構耦合分析
需要對發動機尾噴管進行熱結構與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優化設計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時間的變化并進行熱應力分析，最后進行燒蝕層厚度優化設計。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構.pdf
顯卡熱結構耦合分析
圖 7：熱固耦合流程
完成后返回Mechanical的操做界面，在Static Structural模塊中，選擇Imported Load (B6)下的Imported Body Temperature并進行更新，出現如下圖所示的溫度云圖。即在靜力學分析模塊中，將溫度載荷作為分析的初始條件進行靜力學分析。
圖 8：溫度輸入
對如下圖所示的金屬安裝片進行固定約束（Fixed Support）。
完成設定即可以進行熱結構分析，點擊計算求解。完成后可以輸出應力及位移云圖。
圖 9：應力云圖
圖 10：整體位移云圖
圖 11：熱應變云圖
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。
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