熱-電耦合仿真的案例
三維電纜電-熱耦合仿真 ￥500
圖1 幾何模型
電纜結構中考慮了以下結構層及材料的定義：
基于COMSOL軟件中的電- 熱耦合相關模塊，數值仿真得到了電纜的電勢分布和溫度場分布，仿真結果如圖所示：
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AnsysWB匯流排電-熱耦合仿真 ￥10
用于仿真的幾何形狀包含一個單元的耦合組件，以及一段連接到電源的
槽間母線板。它由陽極頂部和四個中心柱組成，柱上固定著銅棒和銅條。
施加直流電流及溫度，以及對流散熱等邊界條件。
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 AnsysWB直流母線電容DC Link電-熱耦合仿真 ￥30
DC-Link 薄膜電容是電動汽車電驅系統中的一個重要組成部分，在反復充放電的過程中會導致電容發熱，影響其使用壽命。
本文基于ANSYS 仿真軟件對某型號DC-Link 薄膜電容器進行溫度場分析，結果表明，在
高溫環境中，電容器芯子中心處為溫度最高點，而配備散熱器后，最高溫度點轉移至遠離散熱器的外殼處，散熱器能顯著降低芯子溫度。
1.基于某款實際電容產品簡化的3D模型
2.環境溫度85℃、帶TIM散熱膠及鋁合金散熱冷板
3.考慮直流輸入電流及紋波電流，芯包損耗發熱的電-熱耦合工況
4.電流、發熱量等數據為假設值，實際仿真以真實數據為準
5.模型可以為真實的DC Link熱仿真工作提供極具價值的參考。
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
在紐曼框架基礎上，可以耦合各種其他物理過程方程來擴展模型的能力(應對紐曼模型描述不了的場景)
電熱耦合
電化學-熱耦合模型是基于電化學反應產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-熱耦合模型由兩部分組成：研究電池內部化學反應的電化學模型以及描述電池溫度分布的熱模型。這兩個部分分工明確并相互耦合。首先，電化學模型計算出發熱功率，然后將發熱功率傳遞給熱模型，熱模型根據發熱功率計算出溫升，然后將此時電池溫度傳遞給電化學模型中受溫度影響的各參數，以此互相耦合實現電池的電壓和溫度模擬。電化學-熱耦合模型涉及的理論方程也分為兩部分，一部分是電化學模型所用 到的電荷守恒、質量守恒以及電極動力學，另一部分是熱模型構建所用的結合生熱、傳熱與散熱的能量守恒關系。兩部分相互耦合，使得模型能夠準確地反映出電池的電化學性能與熱性能，示意圖如下。?
電力耦合
電化學-力耦合模型基于電化學插層反應而建立的電池模型，在紐曼模型的框架上耦合固體力學接口，主要用于模擬電池的內部應力變化分布情況。
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 電磁鐵運動和溫升耦合仿真---Maxwell的靜態、瞬態和Icepak耦合仿真 ￥29
然后計算穩態閉合狀態下的電磁鐵功耗，后面使用Maxwell中的Icepak功能完成動作器的溫升，獲取相應的溫度分布和流場分布。
模型如圖所示
1.瞬態運動分析
動作器在線圈通電狀態下，其周圍產生磁場，將上方的銜鐵吸合，其設在采用瞬態方法，計算在短時間時間內的運動狀態，本例計算了1ms的時間，電流采用1000*4A，銜鐵考慮了其重量和轉動慣量的影響，轉動慣量可以將模型導入到ansys結構分析中，查看在對應坐標系下的轉動慣量，分析結果如圖所示
分析結果顯示銜鐵在0.95ms左右閉合，速度逐漸增大，另外銜鐵受到的扭矩可以看到隨著閉合其受力顯著增大
2.靜態磁場分析
取值閉合狀態進行靜態磁場分析，獲取其磁場分布和功率損耗
3.溫升分析
在Maxwell中插入Icepak模塊，將磁場分析模塊的模型復制進來，設置網格劃分的水平，設置空氣域的邊界條件，然后設置相應的發熱功率EMloss，讀取本次磁場分析的模型，軟件自動讀取功耗，設置setup，設置相應的流體分析收斂數值
另外本實例需要注意的是重力方向的設置，默認的的重力是不考慮的，
其網格如下所示，可以看到Maxwell繼承了Icepak的網格劃分方法，完全為結構化網格，相當的規則，需要注意的是模型當中不能出現曲線，都需要設置成多邊形模式
溫度分布如圖所示，可以看到鐵芯和線圈的溫度類似，銜鐵的溫度偏低，主要是由于其銜鐵和鐵芯沒有直接接觸，故沒有熱傳導的效果，而另外模型是接觸狀態，其溫度類似
相應的流體分布 和流動矢量如圖所示
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展開 comsol梅花電插頭熱電力耦合分析 ￥50
使用熱接觸模型仿真插頭熱電力耦合
Comsol金屬氧化物避雷器（MOA）電-熱耦合計算
閥片局部老化后經過閥片柱的阻性電流和有功功率不斷增加，電場、熱場分布發生變化，絕緣劣化程度不斷加劇，整個避雷器溫度不斷上升，最終導致避雷器發生故障甚至爆炸事故。因此，掌握局部老化造成的氧化鋅避雷器電場、熱場分布，采取有效措施防止局部老化形成后場、熱擊穿，有一定的工程意義。
Ps:因不法商家瘋狂盜取本公眾號截圖，對工作室造成了不良影響，因此文章選圖皆做水印處理，為此給大家帶來不便敬請諒解。
2 物理模型
根據實體 CAD 設計圖紙，選擇直接在Comsol自帶的建模軟件繪制避雷器二維軸對稱模型，避雷器內部結構模型如圖 2所示。模型中各部分結構材料均可在材料庫中直接添加使用。在穩態直流作用下，ZnO電阻片電場除了受內部和交界面空間電荷分布影響外，主要取決于其電導率。仿真計算還需設置材料密度、相對介電常數、恒壓熱容以及導熱系數等參數，為了計算結果的準確性，以上參數均從相關資料以現有實驗數據中獲得，如圖3所示。
圖2. 計算模型
圖3. 材料參數設置
3 物理場邊界條件
電場和熱場仿真需要設置相應的邊界條件，其中電場需要設置高壓和接地邊界，熱場設置環境溫度和散熱邊界，電場和熱場之間的耦合關系為電磁熱。詳細物理場邊界條件及場路耦合模型設置如圖4所示。
圖4. 物理場邊界條件
網格剖分質量是影響計算過程收斂性和計算結果準確性的關鍵因素，網格剖分質量越高，計算結果的準確性也越高，但過于精細的剖分單元對計算機的要求越苛刻，因此，在仿真計算中僅對閥片柱進行網格加密，其他零件在保持計算結果準確性的前提下，選擇適當的剖分精度。網格剖分分布如圖5所示。
圖5. 計算模型網格和質量分布圖
4 結果展示
模型采用穩態分離式求解器進行求解，通過計算得到金屬氧化物避雷器的電勢、電場和溫度場等結果分布如下所示。
圖6.
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
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 【ansys電磁實例-基礎】 workbench計算導體電-熱單向耦合
默認會把模型，網格連起來，并把結果連到set那里
7 進入熱分析里的set
在導體外表面加對流系數20，環境溫度22度。外表面加輻射，輻射率1，環境輻射，環境溫度22度
8 溫度計算結果
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 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Icepak的固體繼電器熱仿真研究
摘 要：本文結合固體繼電器結構，采用ANSYS Icepak熱仿真分析方法進行熱仿真分析，得出固體繼電器不同環境溫度下表面和全部元器件的熱量分布云圖，以及溫升曲線，再通過熱耦法和熱成像技術測試固體繼電器實際的溫升，將實際測試結果與仿真結果進行對比，驗證軟件熱仿真結果的精度，熱仿真的精度滿足設計和應用需求。
關鍵詞：固體繼電器;熱仿真;電子散熱;熱成像技術;
1 引言
固體繼電器是一種采用半導體芯片、分立器件封裝而成的繼電器，相比傳統電磁繼電器具有抗振動、沖擊，可靠性高、壽命時間長的優點，廣泛應用于工業控制，地面、船舶、車載和機載設備。固體繼電器目前正朝小體積、高功率密度的趨勢發展。固體繼電器的熱設計、熱分析關系著產品的成敗。傳統的熱設計根據經驗公式僅對功率器件進行散熱計算，固體繼電器內部的其他器件無準確的散熱模型，未進行計算，導致產品實際溫升過高，與理論計算相差過大，使經驗計算的準確度大大降低。另一種傳統的熱設計是先裝配功能樣機進行溫升測試、驗證，再進行設計改進，這種方法需要耗費大量的時間和精力，不能滿足目前高效項目的研制需求。ANSYS Icepak是一款可進行實際工程應用的專業電子設備熱仿真分析軟件，使用Icepak進行熱仿真分析，可以縮短研制周期，減少成本[4],降低產品因為熱設計不當和熱失效的概率，提升產品質量和可靠性，讓產品快速上市，為企業帶來經濟效益。Icepak熱仿真分析軟件可以進行環境級、板級和元器件級的熱分析。廣泛應用于工業、航空航天、通訊、電器等領域。通過學習ANSYS Icepak軟件熱仿真分析技術[4]。對某型號大功率固體繼電器(以下簡稱：產品)進行熱仿真分析，分析后可得出的產品所有元器件的溫度以及熱量分布情況，在研制初期對產品結構進行改進，降低產品溫升，縮短研制周期。
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 