3D-IC熱-電-應力耦合分析的案例
管道的熱固耦合計算及管道熱應力分析!
圖19 中間平面設置圖
圖20 速度云圖
圖21 壓力云圖
圖22 溫度云圖
六、穩(wěn)態(tài)熱分析
完成流體計算之后，單擊B4 進入穩(wěn)態(tài)熱分析模塊，將流體區(qū)域抑制，并將固體區(qū)域生成網(wǎng)格，生成方法與之前類似。之后右鍵單擊Imported Load—Insert—Temperature 將流體計算的溫度場導入，在固體域溫度的接受面為固體的內(nèi)表面，之前已經(jīng)進行定義，直接選用即可，Cfd surface 選用計算的流固界面溫度。右鍵單擊Imported Load，單擊右鍵菜單的ImportedLoad 導入溫度。
右鍵單擊Steady-State Thermal 插入邊界條件，設置外壁面的對流換熱系數(shù)為10W/m2·℃，環(huán)境溫度為20℃。設置三個入口的端面溫度與入口流體溫度一致。在solution 中插入溫度和總的熱流量。單擊solve 進行求解。
圖23 流場溫度導入
圖24 穩(wěn)態(tài)熱力學計算結果
七、變形及熱應力分析
雙擊C5 進入靜態(tài)結構計算模塊右鍵單擊Imported Load 打開右鍵菜單后單擊ImportedLoad 導入固體域的溫度。右鍵單擊Static Structural—Insert—Fixed Support 給三個入口端面施加固定約束。
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(jié)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(nèi)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(nèi)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(jù)計算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉(zhuǎn)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(nèi)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 Ansys攜手臺積電推出面向3D-IC設計的熱分析解決方案
Ansys與臺積電還合作運用Ansys RedHawk-SC Electrothermal?開發(fā)了一種高容量層次化熱解決方案，以高保真結果分析完整的芯片-封裝-系統(tǒng)。最近，在2021年10月26日舉辦的臺積電2021開放創(chuàng)新平臺?（OIP）生態(tài)系統(tǒng)論壇上，發(fā)表了一篇關于該解決方案的Ansys論文，題為《高級3DIC系統(tǒng)的綜合分層熱解決方案》。
Ansys? Icepak?熱仿真顯示了芯片、其系統(tǒng)環(huán)境和冷卻氣流之間的熱流情況
臺積電與Ansys的深化合作進一步擴展了Ansys RedHawk系列產(chǎn)品的應用，將RedHawk-SC?用于TSMC-SoIC?技術的電遷移和壓降（EM/IR）簽核。TSMC-SoIC?技術是3DFabric系列中最綜合全面的芯片堆疊技術。
臺積電設計架構管理事業(yè)部副總裁Suk Lee表示：“我們與OIP生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴密切合作，運用臺積電先進工藝和3DFabric技術在功耗、性能和面積方面實現(xiàn)的大幅改進，為新一代設計提供解決方案。此次與Ansys的合作為全芯片與封裝分析提供了熱解決方案流程，這對我們的客戶來說意義重大。”
Ansys Icepak是一款使用計算流體動力學（CFD）來仿真電子裝配的氣流、熱流、溫度和冷卻的仿真軟件產(chǎn)品。Ansys RedHawk-SC Electrothermal是一款用于求解2.5D/3D多芯片IC系統(tǒng)的多物理場電源完整性、信號完整性和熱方程的仿真軟件產(chǎn)品。Ansys RedHawk-SC是一款用于半導體設計的電源完整性和可靠性分析工具，經(jīng)臺積電認證，可對所有FinFET工藝節(jié)點（包括最新的4nm和3nm）進行簽核。
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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
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(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現(xiàn)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(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)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(zhuǎn)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(jù)溫度場確定雷擊導致的燒蝕區(qū)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(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發(fā)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。
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電-熱強耦合分析
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這里假設耗散的電能全部轉(zhuǎn)換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
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A段電流波形如下
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可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
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可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發(fā)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(lián)系扣扣1653004885
展開 熱應力耦合分析材料
間接法熱應力耦合分析練習.rar
耦合場分析_熱應力.rar
“順序耦合熱應力分析”操作過程
順序耦合熱應力分析：
1.先進行單純的熱分析，就是在劃分網(wǎng)格，設置分析步時都用"heat transfer"
做出來的結果是一個熱分析結果，保存在指定位置。
2.然后對同一個集合模型在建立一個分析，也就是前面熱分析的基礎上，稍微改動一下，劃分網(wǎng)格時用3D Stress，設置分析步時用Static,Geneal，最重要的是要導入前面熱分析的結果，這個導入在LOAD模塊里，打開“Edit Predefined field” 對話框，在“Distribution”:后面選擇“From results or output database file”,然后點擊“File name” 后面的“select”去選中你熱分析所保存的結果文件，計算運行時，應力分析時，軟件自己就可以去讀取熱分析的結果。
順序熱耦合.part03.rar
順序熱耦合.part01.rar
順序熱耦合.part02.rar
展開 ABAQUS之熱應力 順序耦合分析-終章
由于順序耦合分兩個求解模型，先進行熱分析，然后才能進行應力分析。今天就先跟大家分享第一步-熱分析。下面詳解每個步驟的設置。
目標：材料定義，熱學接觸設置，散熱設置。
材料：定義了兩種材料，Bolt-steel及Vessel-steel，材料參數(shù)隨溫度而變化，具體數(shù)值可下載模型查看（SI單位）。建立solid 截面屬性，并分配給相應part。
圖2 材料參數(shù)
分析步設置：本案例設置了兩個分析步，step-1為穩(wěn)態(tài)熱分析部， step-2為瞬態(tài)熱分析步，分析時長1800S，得到不同時刻結構的溫度應力分布。
圖3 分析步設置
相互作用設置：定義接觸傳熱，接觸屬性里采用Tabular定義不同間隙時接觸面導熱系數(shù)，然后通過自動搜尋建立4組接觸對（均采用同一接觸屬性），另對容器內(nèi)表面上下兩部分和外表面分別建立對流換熱，seal與Head建立Tie約束。如圖4所示。
圖4 相互作用設置
邊界條件：預定義場設置所有區(qū)域初始溫度為70。
展開 『下載』熱應力耦合分析的視頻
關于熱應力耦合的視頻，特別適合初學者！！！
電子電器的電-熱-結構三場耦合分析（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)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(yè)務咨詢網(wǎng)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(yè)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(xiàn)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 ansys經(jīng)典界面-熱應力耦合分析（壓力容器）
“ansys經(jīng)典界面”相對于“ansys workbench”而言，界面操作的缺點和不便確實是顯而易見的，但是對于初學者而言，尤其是像剛剛?cè)腴T的研究生而言，確實是了解有限元分析流程的一把利器。
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(tǒng)中重要的輸電設備，其安全運行對電力系統(tǒng)非常重要。一旦電力電纜發(fā)生故障，不僅會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失，同時還會產(chǎn)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(huán)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(fā)展，直接威脅電網(wǎng)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(tǒng)可靠供電至關重要的一個環(huán)節(jié)。
2 模型參數(shù)
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(nèi)部最高溫度為 79.9℃，最高電場強度為13.7MV/m。根據(jù)運行經(jīng)驗，電纜正常運行時內(nèi)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 ANSYS兩厚壁筒熱應力分析(間接耦合)
前言：
間接耦合分析與直接耦合分析的一個很大的區(qū)別是單元選擇問題。間接耦合分析時針對單一的物理場選取合適的單元即可，在另一個物理場情況下更改單元類型即可。而直接耦合分析選擇單元時需要保證該單元具有所需的所有自由度。ANSYS幫助文檔中可以查到很多專門用于直接耦合分析的耦合單元。
熱結構間接耦合分析主要包括如下幾個步驟：
第一步：進行溫度場分析的前處理并寫溫度場物理分析文件
第二步：進行結構場分析的前處理并寫結構場物理分析文件
第三步：讀取溫度場物理分析文件進行求解和后處理
第四步：讀取結構場物理分析文件并讀取溫度場計算結果進行結構場求解和后處理
問題描述：
如下圖二維界面圖所示。A1為鋼筒截面，內(nèi)徑0.1875，外徑0.4，高0.05，熱傳導系數(shù)2.2。A2為鋁筒截面，內(nèi)徑0.4，外徑0.6，高0.05。鋼筒內(nèi)壁溫度200，鋁筒外壁70，熱傳導系數(shù)10.8。參考溫度70。兩截面的下邊線Y方向為0位移約束，其余三邊施加位移耦合。求取兩筒的穩(wěn)態(tài)應力分布情況。
熱分析結果：
筒截面溫度分布云圖
結構分析結果：
擴展后的等效應力分布云圖
命令流文件：
FINISH
/FILNAME,Exercise ! 定義分析文件名
! 第一步：進行溫度場分析的前處理并寫溫度場物理分析文件
/prep7 ! 進入前處理器
et,1,plane77,,,1 ! 選擇PLANE77熱分析單元并設置為軸對稱分析
mp,kxx,1,2.2 ! 定義鋼筒熱傳導系數(shù)
mp,kxx,2,10.8 ! 定義鋁筒熱傳導系數(shù)
rectng,.1875,.4,0,.05 !
展開 