結構-光學耦合分析的案例
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！
ASAP模擬分析高亮度汽車 LED 前照燈的光學結構設計
本文對LED汽車前照燈的光學結構進行了設計。在遠光燈設計時，采用側面放光的方式，光源發光經自由曲面反射，光線全部反射匯聚以達到遠光配光要求。在近光燈設計時，用3個相同的光學單元疊加以實現足夠的光通量。每個單元采用多橢球反射面將多芯片大功率LED光源發出的光進行匯聚，經擋板遮擋住部分光線以形成明暗截止線，光線再經透鏡匯聚后得到近光燈所需光型。最后，采用ASAP軟件實現了仿真，仿真結果表明此設計符合國家標準。 我們 采用 5 顆單顆 1 瓦的 LED 芯片，直線形串聯封裝在一個基板上，成為一顆 LED。芯片封裝排列長度 5.5mm。 所封裝的 LED 光源的光譜特性和輻射分布圖如圖 1、 2 所示。
LED 汽車前照燈的光學設計: 遠光燈設計、近光燈設計
ASAP模擬與分析結果:對設計采用光學設計軟件ASAP進行了光學建模 和仿真，測試屏幕在車燈前方25米處，（0，0）點為 屏幕中心。遠光燈等照度曲線如圖5所示，可見亮點 在（0，0）點右側，照度達到了遠光燈的要求。近光燈等照度曲線如圖6所示，明暗截止線清晰可見，大 照度值為29勒克斯。
本文完成了 LED 汽車前照燈光學設計和模擬，研究了適合汽車用前照燈的 LED 封裝形式，采用多顆 LED 芯片直線型排列，以硅膠平面式封裝，實現朗伯體光源，達到較大照射范圍。同時采用 ASAP 軟件實 現了光學設計的仿真，仿真結果表明所進行的設計滿 足國家對汽車前照燈標準的要求。由于 LED 發光角度 大為 180 度，擋板只檔住了很少的一部分光線，傳 統源為 360 光源，需要檔板遮擋 50%的光線才能形成 明暗截止線，因此采用 LED 光源作為汽車前照燈近光 燈光源，不僅光源的效率要高于傳統光源，而且整燈的光利用率要高于傳統近光燈30%左右。
展開 Moldex3D模流分析之結構耦合分析
1.點擊 Submit 產生所需要的檔案，進行 Moldex3D 與結構的耦合分析
a.選擇工作目錄。然后，點擊 Confirm 。
b..點擊 run ，計算材料參數
c.點擊 run locally 。
d.點擊 run ，并設定以幾個 CPU 來執行分析。 (可用CPU數目根據結構分析軟件的授權決定)
2.當分析工作開始執行， FE analyses 窗口會自動出現。這窗口分 3 部分。第一部分，包括會列出所有的工作清單與執行狀能。第二部分，結構分析的執行狀況。第三部分，記錄 Digimat 的執行狀況。
注意：當分析工作開始執行后，Moldex3D Digimat-MS 可立即用于另一偶合分析的設定，不影響正在運行的分析。
3.當分析完成后，會出現下列窗口，點擊 Yes 后，會開啟結構分析軟件，可以檢視分析結果。
4.另一種方式是，右鍵點擊上方的狀況列的任何一個位置，選擇 View results 或 Open working directory 來檢視分析結果。
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結構耦合計算
圖2 鈉濃度分布
2 熱應力計算
熱應力計算模型可以直接由熱場模型去掉熔體、陽極炭塊、上部結構、立柱母線等部位得到。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。
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 葉片熱結構耦合分析
熱結構耦合處理
穩態熱使用默認的分析設置來求解。完成后返回項目操做界面，通過拖拽將Static Structural與Steady-State Thermal模塊進行關聯。
圖 12：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。
將葉片的上下端面均采用固定約束，靜態結構分析使用默認的分析設置來求解。上圖顯示了固體區域的溫度分布。正如預期的那樣，葉片在孔附近更冷。
下面兩幅圖分別顯示了流體和固體表面的溫度。流體溫度從入口到出口升高。固體表面溫度也有相似的變化趨勢。
圖 13：流體溫度
圖 14：固體溫度
下一個圖顯示了固體區域的馮米塞斯應力。最大應力發生在J孔內。
當執行類似類型的分析時，考慮以下提示和建議：
定義為熱流體模型的線體對象可用于計算流體與固體之間的熱流體傳熱。通過對渦輪葉片冷卻通道的對流換熱進行模擬，證明了該特性的易用性。
當在分析中包含有對流通道的固體區域時，在用線體對通道建模時，應該使用固體區域的低階單元。使用高階表面效應元件有時會導致不切實際的溫度分布。
展開 電磁爐加熱水分析—電磁 熱 結構耦合分析
圖9 設置散熱系數 圖10 溫度隨時間變化曲線
圖11 碗底溫度 圖12 碗整體溫度
2.3 結構分析
加載結構模塊structural，鏈接磁場分析的網格部分，打開后讀取磁場分析相應的網格模型和材料設置，同樣需要抑制掉空氣部分。
設置好邊界條件之后讀取上一步的熱生成的溫度，根據相應的材料參數可以獲取碗的膨脹變形量和應力分布情況，如圖所示
讀取溫度分布載荷
ldread,temp
圖13 碗應力分布 圖14 碗變形分布
圖15 碗變形分布
Workbench作為一個分析平臺可以將多個獨立的物理場很好的耦合到一起，很好的解決多電磁場、熱、結構以及流體等物理場的耦合計算。
多物理場分析能夠更全面的展示一些設備的多個輸入因素導致的相互作用，電磁爐的耦合場分析可以應用于模擬淬火加熱零件、電機受力、雙金屬片彎曲等相關的電、熱和結構耦合的分析，能夠獲取相關的溫度、變形、線圈參數等需要的關鍵數據。
另外workbench的多物理場仿真能夠更好的共享模型和模型網格，通過讀取載荷能夠更好的匹配熱、力等載荷數據，使計算快速準確，使仿真能夠顯著的減少實驗次數，提高準確度，并縮短產品開發時間。
展開 連接固體熱結構耦合分析
連接固體熱結構耦合分析
1.1. 導入計算模型
啟動一個新的Workbench項目，并將單位設置為公制(Kg, m…)。 將Coupled Field Static分析拖放到項目頁面。右鍵單擊幾何任務并導入Couple-field文件從相應的輸入文件夾。
保存項目，雙擊Model格打開Mechanical。
1.2. 定義材料參數
結構鋼采用默認參數：
1.3. 網格劃分
使用表面過濾器選擇，創建兩個命名的選擇:' bot '和' top '到下面的表面，隱藏第一個物體并創建命名的選區' cbot '到下面的表面。顯示所有體，隱藏第二個體。在下面的表面創建命名為“ctop”的選區。
ANSYS會自動創建模型與模型之間的接觸關系為綁定，本案例接觸關系均為綁定。執行網格自動化分，點擊Mesh并右鍵選擇General Mesh，即可完成網格劃分，提高網格劃分質量也可以通過調整網格尺寸進行修改。
1.4. 邊界條件設置
選擇Coupled Field Static，并將兩個固定支持和范圍插入到命名的選擇：top和bot。
選擇Coupled Field Static并插入2個溫度：
1.5. 熱結構耦合處理
檢查分析設置，確認“大變形”設置為“開”。 求解模型并驗證結果:總變形，Von Mises應力，溫度場。
插入一個接觸工具并查看壓力結果。
拖放任何固定支持到“Solution”分支獲得“Force Reaction”。
在“Solution”分支中拖放兩個溫度邊界條件。
展開 熱---結構耦合分析
由傳熱引起的溫度分布不均，導致結構內應力，是一個實際中經常遇到的工況。
由于PAT322中exercise 15分析完熱場后安教程不知道怎么將熱分析結果加載到結構分析中，在請教朋友后用field加載的形式解決。 希望此方法能對各位有所啟發。
exercise_15 在結構分析時加載溫度場.doc
Exercise_15_Thermal-Structural.pdf
ABAQUS 剎車盤熱結構耦合分析案例 ￥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、與剎車盤熱結構耦合相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握剎車盤三維模型的繪制
2、掌握剎車盤熱結構耦合分析相關的材料參數設置
3、理解剎車盤熱結構耦合的分析步的建立
4、學習剎車盤熱結構耦合的相互關系的設置
5、了解剎車盤熱結構耦合網格的劃分
6、學習剎車盤熱結構耦合的載荷施加
7、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進行剎車盤熱結構耦合的分析。
本案例操提供了分析相關的分析文件。
?
展開 
SYNOPSYS光學設計軟件課程六十六：離軸反射式光學系統初始結構設計
<p>根據現代光電信息技術對信息發送、接收、轉換、傳遞與存儲功能的特殊需求，光學面形可由不規則、復雜非對稱的自由曲面隨意組合而成。光學中的自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的曲面，主要是指任意非傳統、非對稱的曲面，以及微結構數組和參數向量表示的任何形狀的曲面。</p><p><br></p><p>采用先進的數控超精密制造技術可直接加工出自自由曲面光學鏡面，能達到亞微米量級面形精度與納米量級的表面粗糙度。</p><p><br></p><p>自由曲面廣泛的應用在以下領域：投影鏡頭、衍射光學器件、頭盔式顯示器、車燈反射面、LED照明系統、汽車HUD抬頭顯示、離軸系統等等。</p><p><br></p><p>本文將展示使用synopsys軟件進行離軸反射式光學系統初始結構的設計</p><p><br></p><p>第一步是繪制設計簡圖。</p><p><br></p><p>這是一個有三個反射鏡的例子，如下圖所示。光線從表面1的左側進入，依次經過位于2,3,4處的反射鏡，然后進入5處的像面。
展開 結構優化設計分析系列（二）：熱固耦合優化設計 ￥9
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
(4)Response Surface(響應曲面優化分析工具):通過圖表來動態地顯示輸入與輸出參數之間的關系。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM Mechanical機床夾具熱結構耦合分析
0.摘要：本文基于安世亞太自主研發的PERA SIM Mechanical結構仿真軟件，對某機床夾具進行熱分析及熱結構耦合分析，獲得機床夾具的穩態溫度場以及熱變形和熱應力，用于指導和驗證夾具的設計方案。證明了國產仿真軟件PERA SIM Mechanical在熱結構耦合分析的適用性和可靠性。
關鍵詞：機床夾具；熱分析；熱結構耦合分析；PERA SIM Mechanical
點擊下方視頻，查看精彩案例演示
1.引言
夾具作為機械加工的重要工具，是保證加工精度和質量的重要因素，直接影響工件的加工質量。夾具用于固定工件，應防止在高溫下因為材料自身的熱脹冷縮而導致工件發生形變，工裝夾具設計應具有足夠的剛性和穩定性，能夠在高溫環境下承受壓力和變形。確保工裝夾具能夠保持穩定，不會發生變形或破損。在熱處理過程中，工件和工裝夾具都會發生熱脹冷縮，因此設計時需要充分考慮這一點。若設計未考慮熱穩定性，導致夾具在加工過程中因溫度變化而產生熱變形，將會影響加工精度。
夾具熱設計是指在設計夾具時考慮到熱傳導和熱膨脹等因素，以確保夾具在工作過程中能夠有效地傳導熱量并保持穩定的工作狀態。關鍵的設計因素包括選擇合適的材料、合理的結構設計、有效的散熱設計等。關鍵需利用熱-結構耦合分析功能，評估夾具在溫度載荷下的變形量，采取合適的夾具結構設計、增加松動補償間隙、使用可調節的夾緊裝置等方式，以適應熱脹冷縮帶來的變形和應力。
本文基于安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Mechanical，對某型機床夾具進行了熱結構耦合分析研究。
展開 基于PERA SIM的泵蓋熱結構耦合仿真分析
摘要：本文基于PERA SIM Mechanical通用結構仿真軟件建立了泵蓋熱結構耦合仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分四面體網格、賦予模型不同的材料參數、施加邊界條件和載荷過程，以及分析求解設置，最終得到泵蓋熱變形與熱應力的分析結果，對泵蓋的結構強度設計提供指導建議。
關鍵詞：泵蓋；熱結構耦合；熱變形；熱應力
點擊下方視頻，查看精彩案例演示
1.引言
通過熱結構耦合仿真分析，可以深入理解泵蓋在高溫環境下由于熱膨脹和收縮而產生的熱應力。這些熱應力可能導致泵蓋結構變形、疲勞甚至失效。同時預測泵蓋結構熱變形，對于確保泵蓋與其他部件的配合精度和密封性能至關重要。此外，根據仿真分析的結果，可以對泵蓋的結構設計進行優化，例如增加筋板、改變壁厚或材料配置等，以提高其抗熱應力和抗變形能力。
本文基于PERA SIM Mechanical仿真分析軟件建立了泵蓋熱結構耦合仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分四面體網格、賦予泵蓋材料參數、施加溫度和靜力載荷與邊界條件，以及設置熱結構耦合仿真分析參數，最終得到泵蓋熱變形與熱應力分析結果。分析得到的熱變形結果和熱應力結果，對泵蓋的結構優化設計、壽命評估、密封性能都具有一定的指導意義。
2.問題描述
本文研究對象為泵蓋，主要用于工程機械中需要密閉的箱體結構中，實現傳遞載荷、提供支撐以及保護箱體內部零部件的作用。在使用過程中，利用密封圈和螺栓進行密封和連接裝配。
3.計算結果分析
3.1 模型建立及簡化
泵蓋幾何模型文件格式為x_t，直接導入PERA SIM Mechanical中。
展開 