熱機耦合仿真的案例
直播預告 | Marc在熱機耦合仿真解決方案
精彩直播預告
熱機耦合是仿真技術中復雜的類型，精確的模擬熱環境條件下結構材料、變形、接觸等變化的非線性條件是一個難點，引用Marc完全的熱機耦合技術，簡易流程化的結構，熱設置方法，便捷的實現熱機耦合前處理定義。本次直播不止有硬核知識，更有「工業級案例」實戰放送！
本期直播講堂請到了非線性CAE仿真專家宋金松老師將深入解析Marc在熱機耦合仿真中的關鍵技術，從熱機耦合基本流程、設置定義、工程案例講解等來介紹。干貨滿滿，趕快報名吧！
3月20日 14:00
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立即預定
直播內容聚焦
熱、熱機耦合的仿真流程
穩態、瞬態熱分析方法對流換熱和輻射的定義
接觸傳熱的定義方法
掌握在兩個常用單位制下的參數轉換
熱工藝仿真實現
電-磁-熱-結構仿真案例
感應熱焊接
熱分析邊界（溫度）
齒輪熱處理
鋰電池殼體焊接殘余應力分布
金屬多層結構的熱分析
感應熱焊接
宋金松
海克斯康非線性CAE仿真專家
從事非線性軟件Marc技術支持，具有20多年的CAE仿真工作經驗。能夠針對客戶的需求能提供有效、合理、針對性的技術方案支持，為客戶解決實際應用問題。
展開 Marc高級非線性有限元分析-高反熱機耦合仿真解決方案
精彩直播預告
熱機耦合是仿真技術中復雜的類型，精確的模擬熱環境條件下結構材料、變形、接觸等變化的非線性條件是一個難點，引用Marc完全的熱機耦合技術，簡易流程化的結構，熱設置方法，便捷的實現熱機耦合前處理定義。本次直播不止有硬核知識，更有「工業級案例」實戰放送！
本期直播講堂請到了非線性CAE仿真專家宋金松老師將深入解析Marc在熱機耦合仿真中的關鍵技術，從熱機耦合基本流程、設置定義、工程案例講解等來介紹。干貨滿滿，趕快報名吧！
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熱、熱機耦合的仿真流程
穩態、瞬態熱分析方法對流換熱和輻射的定義
接觸傳熱的定義方法
掌握在兩個常用單位制下的參數轉換
熱工藝仿真實現
電-磁-熱-結構仿真案例
感應熱焊接
熱分析邊界（溫度）
齒輪熱處理
鋰電池殼體焊接殘余應力分布
金屬多層結構的熱分析
感應熱焊接
直播嘉賓：
宋金松
?？怂箍捣蔷€性CAE仿真專家
從事非線性軟件Marc技術支持，具有20多年的CAE仿真工作經驗。能夠針對客戶的需求能提供有效、合理、針對性的技術方案支持，為客戶解決實際應用問題。
展開 線下培訓 | Marc非線性熱-機耦合仿真 & Actran SEA中高頻振動噪聲分析培訓
培訓日程：
培訓時間：8月14-15日
培訓地點：武漢市江夏區華工園二路1號2樓北京廳
面向人群：具備有限元基礎的工程技術人員
培訓目標：
? 了解關于Marc非線性熱、熱-機耦合方面的基本理論；
? 基本掌握Marc前后處理器mentat功能，熟悉mentat的操作界面；
? 掌握熱及熱機耦合仿真流程及操作；
? 掌握Marc中材料非線性，接觸非線性和熱相關性設置和定義方法;
? 掌握熱-機耦合復雜案例的特殊設置及操作模式。
培訓費用：培訓免費，上機培訓參加請自帶電腦
培訓咨詢：宋老師15221868509
培訓報名：
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本次培訓重點針對Actran虛擬SEA方法和特點進行講解，介紹Actran SEA中高頻噪聲案例，以及從低頻有限元方法到高頻統計能量方法的全頻段完整仿真計算流程，同時講解Actran內飾&風噪等仿真模擬策略。本次培訓以實操為基礎，結合真實案例，手把手幫您解鎖Actran中高頻噪聲仿真關鍵技術。
培訓日程：
培訓時間：8月28-29日
培訓地點：上海市松江區云振路410號創智中心4號樓6F培訓教室
面向人群：航天航空、船舶、汽車等結構分析工程師、聲學分析工程師，以及其它行業想要了解高頻噪聲問題及特點并利用仿真加以改善的工程人員。
培訓費用：培訓免費，上機培訓參加請自帶電腦
培訓咨詢：馬老師18221799218
培訓報名：
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展開 adina摩擦生熱熱機耦合研究
在實際工程運用中經常會涉及到摩擦生熱的問題，adina的例題手冊中有關于摩擦生熱的例子。即汽車剎車盤，這個例子因為省略了很多內容，導致初學者很難按照相應的步驟做出了，這樣不能理解用ADINA進行摩擦生熱熱機耦合仿真的具體步驟。
所以，在參考例題手冊的基礎上，把操作的步驟，按照簡單的圖片格式，一步一步的整理出來都大家分享和討論。同時，結合論壇中的例子，給出了滑動摩擦塊生熱和水輪機密封裝置的命令流，都是簡化的模型，目的是讓大家用adna解決摩擦生熱的熱機耦合的步驟和方法。
摩擦生熱熱機耦合例子.rar
展開 
直播預告 | MSC Nastran復合材料熱分析及熱機耦合分析
然而，其各向異性特性在高溫環境（如氣動加熱、發動機熱載荷、太空極端溫度循環）下帶來嚴峻挑戰：熱膨脹不協調、熱應力集中、層間失效風險陡增。
傳統分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
熱傳遞的4個類型
為應對這一挑戰，?？怂箍倒I軟件旗下的有限元結構分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領域表現卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設計精度與產品可靠性。
本期直播講堂請到了?？怂箍到Y構仿真軟件應用專家李坤鵬，在直播間中講師將重點講解MSC Nastran在復合材料熱分析及熱機耦合分析方面的各項功能，并以多個應用案例展示其在解決復合材料熱力學分析難題的創新之處。敬請關注！
直播報名
8月21日 14:00
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立即預定
直播內容聚焦
? 熱傳導模擬：精準預測復合材料結構內部溫度場分布
? 熱-力耦合分析：高效求解溫度梯度引發的熱應力與熱變形
? 性能與失效評估：識別熱環境下的潛在高風險區域
李坤鵬
?？怂箍到Y構仿真軟件應用專家
精通結構有限元分析，有豐富的工程項目經驗，參與完成的重大項目包括：飛機適航強度分析、貨機改裝強度分析、復雜電機傳動產品失效分析與對標。
展開 SimSolid熱分析及熱固耦合案例講解 衡祖仿真
⑦查看結果：位移&應力
SimSolid中可以通過設置溫度、熱通量、體積熱和對流4種邊界條件設定熱分析場景，并且可以設定每個接觸面的傳熱屬性。在熱分析結束后，通過將前一步結果的溫度場，作為熱載荷施加到線性靜力分析當中，可以進行熱固耦合分析，以得到熱應力及其位移結果。
電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
如果變壓器繞組熱點溫升過高則可能發生局部過熱，影響變壓器的運行穩定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導意義。
重慶大學的技術團隊經過多年積累，在高壓設備和絕緣技術方面積累了深厚的經驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結構基礎上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯合仿真計算，在電力變壓器模型中實現對含有復雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網格自動優化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節；在溫度結果中，可以查看變壓器內部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩態溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監測溫度，工程師可結合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預警或檢修等判斷；二是開展設備部件運行性能參數的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 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：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
圖6 電磁熱耦合載荷傳遞量類型圖
04
仿真結果
電磁場計算結果
INTESIM計算得到線圈的電流密度如圖7所示。
圖7 線圈的電流密度
INTESIM計算得到鍋體底部的渦流密度如圖8所示。
圖8 鍋底的渦流密度
電磁爐的鍋體底部熱損耗如圖9所示。
圖9 鍋體底部熱損耗
熱場計算結果
查看整體的溫度分布如圖10所示。
圖10 整體的溫度分布
查看鍋體底部的溫度分布如圖11所示。
圖11 鍋體底部的溫度分布
查看陶瓷的溫度分布如圖12所示。
圖12 托盤的溫度分布
05
總結
本案例使用INTESIM軟件，基于渦流場分析、熱場分析和非匹配網格映射插值等功能，實現了電磁-熱耦合分析求解。仿真計算得到的熱損耗和溫度結果與對標軟件結果基本吻合。本案例驗證了INTESIM多物理場仿真模塊中的電磁-熱耦合仿真功能，對渦流場分析和熱場分析及耦合仿真進行應用驗證，能夠為廣大用戶在電器領域中的電磁場、熱場耦合仿真應用提供可行方案。
文章來源: 英特仿真INTESIM
展開 SigFit—光-機-熱耦合分析工具
美國Sigmadyne公司的SigFit軟件是光機熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學表面變形等結果文件通過多項式擬合或插值轉化為光學分析軟件的輸入文件，還可實現動態響應分析、光程差分析、設計優化、主動控制/自適應控制光學系統的促動器布局及優化等。SigFit幫助用戶解決了不同學科間的數據傳遞難題，可大大縮短研發周期，節省研發成本，有效提升光學設計仿真精度，提高光機產品的成像質量與環境適應性。目前，SigFit已廣泛應用于成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等高精密光學產品的研發。
產品介紹
? 基本功能
? 面形擬合：
將熱與機械分析得到的溫度、應力及面形變化等分析結果導入SigFit，通過多項式擬合或插值，轉換為光學分析軟件可以讀取的格式，直接在光學分析軟件中考慮系統受到外界熱、機械作用后的光學性能變化。
▼多項式擬合：將多種輸入格式的數據擬合為多項式，擬合類型包括標準和邊緣Zernike多項式、非球面多項式、XY多項式等九種格式；
▼表面變形插值：將光學測試的試驗數據或有限元仿真的網格數據插值為一個數組或者另一種網格結果，以用于仿真預測結果與光學測試結果的對比，或用于擬合Zernike多項式無法準確描述的光學表面變形。
該模塊可以很好地解決光學成像鏡頭組在不同學科間數據傳遞的難題。
? 高級功能
? 主動控制：
分析光學面形RMS值隨激勵源數目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面RMS值盡可能小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據一定約束自動優化、計算施加激勵源的位置。
展開 紅外加熱爐冷卻通道設計及熱-流耦合仿真 ￥1000
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術進行加熱的熱處理設備。它通過將電能轉化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉化為熱能，而無需通過傳導或對流來傳遞熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內部溫度升高。
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關模塊，仿真了爐內物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結果如下所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
焊點失效的熱振耦合疲勞仿真分析
3.5 邊界條件設置
不同輸入及PCB邊界條件對焊點振動疲勞可靠性將會產生影響——外因
3.6 測試與建立仿真模型
? 測試確定產品仿真等效阻尼
? 測試確定產品等效材料模型
? 建立整體振動響應分析仿真模型
△圖6：關鍵焊點有限元分析
4、振動實驗與數值模擬方法研究（模型驗證）
? 測算PCB中心撓度值
? 隨機振動試驗
? 實驗與仿真結果的對比
5、熱振耦合條件下焊點失效機理研究
5.1 板級熱振耦合實驗設計（將PCB板組裝到振動臺）
5.2 熱振耦合條件下溫度載荷設定
5.3 板級熱振耦合實驗結果與數值仿真
△圖7：不同PCB板不同溫度循環之后的功率譜密度
△圖8：五個循環后計算功率譜密度與測試功率譜密度比較
△圖9：熱振耦合后的焊點開裂行為
6、焊點損傷機理研究
? 基于疲勞實驗與SEM研究損傷起源與擴展
? 觀察裂紋早期位置研究裂紋萌生規律
? 通過觀察焊點完全失效路徑研究裂紋擴展路徑
? 分析裂紋在層間擴展路徑研究焊點破壞模式
△圖10：熱振耦合后的焊點開裂行為
備注：
IMC是Intermetallic compound之縮寫，筆者將之譯為"介面合金共化物"。廣義上說是指某些金屬相互緊密接觸之介面間，會產生一種原子遷移互動的行為，組成一層類似合金的"化合物"，并可寫出分子式。在焊接領域的狹義上是指銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物。其中尤以銅錫間之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及惡性Cu3Sn(Epsilon Phase)最為常見，對焊錫性及焊點可靠度(即焊點強度)兩者影響最大。
展開 SigFit—光-機-熱耦合分析工具
美國Sigmadyne公司的SigFit軟件是光機熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學表面變形等結果文件通過多項式擬合或插值轉化為光學分析軟件的輸入文件，還可實現動態響應分析、光程差分析、設計優化、主動控制/自適應控制光學系統的促動器布局及優化等。SigFit幫助用戶解決了不同學科間的數據傳遞難題，可很大程度上縮短研發周期，節省研發成本，有效提升光學設計仿真精度，提高光機產品的成像質量與環境適應性。目前，SigFit已廣泛應用于成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等高精密光學產品的研發。
產品介紹
基本功能
? 面型擬合：將熱與機械分析得到的溫度、應力及面形變化等分析結果導入SigFit，通過多項式擬合或插值，轉換為光學分析軟件可以讀取的格式，直接在光學分析軟件中考慮系統受到外界熱、機械作用后的光學性能變化。
高級功能
? 主動控制：分析光學面形RMS值隨激勵源數目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面RMS值盡可能小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據一定約束自動優化、計算施加激勵源的位置。
? 動態響應：基于有限元固有頻率分析結果，通過用戶在SigFit中指定的激勵載荷和阻尼等計算，面形由于諧波振動/隨機振動/瞬態載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS誤差、傳遞函數變化、LOS晃動及各階模態對RMS的影響。該模塊可幫助用戶將機械振動與光學性能分析指標聯系起來，對于光學透鏡組有重要的意義，可預測不同工況下對光學成像鏡頭組成像影響較大的模態，為設計提供參考，有效提升光機系統環境適應性。
展開 基于comsol的熱流光學耦合的紋影法仿真 ￥1600
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><br></p><p> 紋影法一種常用的光學觀測方法。其基本原理，是利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度進行測量，廣泛用于觀測氣流的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%BE%B9%E7%95%8C%E5%B1%82/4859516" rel="noopener noreferrer" target="_blank">邊界層</a>、燃燒、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%BF%80%E6%B3%A2/825784" rel="noopener noreferrer" target="_blank">激波</a>、氣體內的冷熱對流以及風洞或水洞流場。</p><p> 原理：利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度的原理，將流場中密度梯度的變化轉變為記錄平面上相對光強的變化，使可壓縮流場中的激波、壓縮波等密度變化劇烈的區域成為可觀察、可分辨的圖像，從而記錄下來。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202101/85558facf5fd4d63b506f2433da4251d.gif"></p><p><br></p><p><br></p><p>此次用comsol搭建一個簡單的紋影法的光路，在凹面鏡的焦距前方發射光源 ，在焦距后方接收。
展開 航空發動機整機流固熱耦合仿真
隨著計算流體力學的發展以及計算性能的提升，對航空發動機整機仿真成為了可能，本教程對KJ66航空發動機進行整機仿真，整機仿真結合氣動、傳熱、燃燒、多相流、固體應力，將航空發動機從冷態計算至熱態，即仿真始于冷態，終于熱態。
KJ66航空發動機幾何模型如圖，對航空發動機氣熱彈耦合仿真，計算采用穩態，氣動的計算采用求解粘性N-S方程的方法，燃油的噴射計算采用拉格朗日多相流，燃燒的計算采用有限速率的渦耗散模型，流體與結構的相互作用(FSI)采用雙向耦合的方式。
流體結構相互作用 (FSI)是指一種耦合的表面問題，其中流體模型的狀態取決于結構模型的狀態，反之亦然。這種相互關系可以是對稱或非對稱的。非對稱問題通常指單向耦合問題，表示其中一個模型是獨立的，另一個模型則具有關聯性。
流體結構相互作用(FSI)耦合交界面處的對應流體和固體移動時運動學特性（位置、速度和加速度）相同，受到的力也相同。
從流體傳遞到固體的信息是流體拉力，它由流體壓力和壁面剪切應力組成的。此傳遞發生在耦合壁面邊界流體-結構交界面）上。
從固體傳遞到流體的信息是固體的變形，尤其是流體-結構交界面的變形。
一般情況下，FSI模擬在運動學和力方面保持一致，稱為雙向耦合，在STAR-CCM+中，雙向耦合FSI問題是指從流體到固體和從固體到流體的交換的綜合采用并行求解方法。
進行航空發動機整機氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.
將航空發動機整機從冷態模型計算至熱態模型后發動機伸長約1mm。
詳細計算結果如下：
速度
溫度
溫度
位移
固體應力
文章來源：STAR CCM仿真學堂
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