熱特性優化的案例
熱仿真和熱特性優化 在汽車LED車燈上的應用
LED的光熱模型對于芯片的熱仿真意義重大。
本方案如圖所示，熱瞬態測試儀T3Ster能夠對LED的光熱效應進行同時跟蹤；利用T3Ster主機可以實現LED熱阻模型的實驗，實驗結果可直接產生FloEFD仿真中所需的模型；同時配合Teral LED儀器，可以用積分球邊熱測試邊檢測LED光通量，實現了光熱一體化檢測方案，為使用者實現流明要求，且符合熱學要求，降低設計余量，進行高精度設計，提供一個有力工具。
3.高精度輻射計算模型
相比離散傳遞、離散坐標模型，高精度的蒙特卡洛模型在車燈系統中有著廣泛的應用。車燈中的外透鏡、內透鏡等透明材料具有良好的透光性與一定的吸收特性，
FloEFD軟件在仿真計算中能夠考慮透明件固體吸收的特性；蒙特卡羅計算模型能較好地解決吸收，聚焦等系列問題，用戶可根據精度要求設定離散條帶個數和跟蹤射線個數；這種方法在LED,鹵素燈輻射效果，透明件溫度精確預報，太陽輻射問題高效預報等方面都發揮了很大作用。
二、PCB的設計與優化
PCB在前大燈模組與控制單元，以及LED尾燈當中具有廣泛的應用，PCB對產品的成本有著關鍵的影響，因此提高設計精度，減少設計冗余則十分重要。
FloTHERM軟件和FloEFD軟件都可以對PCB做精細熱仿真，特別是FloTHERM軟件中可以綜合布線，過孔和各層特性來實現PCB和元器件的精細仿真。
展開 結構優化新功能 | 拓撲優化后結構力學特性之可視化
產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，可以設計出更能滿足產品結構技術方案、工藝要求以及更質輕質優的產品。
拓撲優化（topology optimization）是一種根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化的數學方法，將區域離散成足夠多的子區域，借助FEM分析技術按照指定的優化策略、約束準則、目標等從這些區域中刪除一定數量單元，用保留下來的單元描述結構的最優拓撲，發揮系統材料最大利用率。拓撲優化后，通常需要對其產生的結果模型進行設計驗證，完全復制拓撲優化前的邊界條件進行仿真計算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續分析模塊去驗證優化后的模型。拓撲優化后的仿真計算設計驗證過程如下圖所示。先在拓撲結果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優化結果傳遞至驗證系統，系統自動生成位于拓撲優化系統上游的相同類型的Mechanical系統，并繼承之前的全部計算載荷和約束。創建該驗證工作流程，分為四步，在創建的驗證系統中去劃分網格運行計算及查看設計結果。
前面版本雖然可以比較方便地把優化后的模型導入到新的靜力學結構仿真中，進行優化模型的驗證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結構優化系統中查看優化后的力學特性，即允許用戶直觀可視化最終設計的結果（變形、應力、特征值模態等），更方便快速檢查和驗證力學行為。
展開 Ansys Workbench中拓撲優化后結構力學特性之可視化 | 結構優化新功能
產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，可以設計出更能滿足產品結構技術方案、工藝要求以及更質輕質優的產品。
拓撲優化（topology optimization）是一種根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化的數學方法，將區域離散成足夠多的子區域，借助FEM分析技術按照指定的優化策略、約束準則、目標等從這些區域中刪除一定數量單元，用保留下來的單元描述結構的最優拓撲，發揮系統材料最大利用率。拓撲優化后，通常需要對其產生的結果模型進行設計驗證，完全復制拓撲優化前的邊界條件進行仿真計算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續分析模塊去驗證優化后的模型。拓撲優化后的仿真計算設計驗證過程如下圖所示。先在拓撲結果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優化結果傳遞至驗證系統，系統自動生成位于拓撲優化系統上游的相同類型的Mechanical系統，并繼承之前的全部計算載荷和約束。創建該驗證工作流程，分為四步，在創建的驗證系統中去劃分網格運行計算及查看設計結果。
前面版本雖然可以比較方便地把優化后的模型導入到新的靜力學結構仿真中，進行優化模型的驗證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結構優化系統中查看優化后的力學特性，即允許用戶直觀可視化最終設計的結果（變形、應力、特征值模態等），更方便快速檢查和驗證力學行為。
展開 Moldex3D模流分析之優化材料的物理特性
后熟化制程 (Post Mold Cure, PMC) 是芯片封裝成型產業中的一項重要制程；此制程能加速硬化過程，透過提高環境溫度來優化材料的一些物理特性。
TM : 成型(熔膠)溫度； TL :低溫(室溫)； TH 高溫(PMC中)
設定分析類型為后熟化，在選項中輸入所有參數。在后熟化制程中，成型塑料會發生聚合反應，以及化學與物理的變化過程。目前在Moldex3D后熟化制程分析中，由PVTC與隨溫度－固化變化的黏彈性松弛模型所建構的模型，將為制程仿真所需的有限元素模型。更詳細的計算參數設定請參照準備分析下的章節。
應力設定
在選項中，用戶需設定所有后熟化制程的參數，包含初始溫度、時間增量、退火時間、環境溫度vs時間、多段輸出設定、WLF方程式、Maxwell模型及硬化變動因子。
注意：用戶能由動態力學分析 (Dynamic Mechanical Analyzer, DMA) 評估得到WLF方程式、Maxwell模型及硬化變動因子的所有參數。
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板式換熱器板片設計的4大特性
板式換熱器是制冷主機上的重要配件，它是由一組波紋金屬板組合而成，板上有四個角孔，供傳熱的兩種液體通過，引導流體交替地流經各自的通道，進行熱交換，它們排列緊密、精度高，體積小，換熱效率高，節省空間，使用環境要求較高，適合在小型制冷機組上使用，廣泛應用與冶金、石油、化工、食品、制藥、船舶、紡織、造紙等行業，是加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌的優良設備。
板式熱交換器板片設計的四大特性：
一、分流區設計
即使最寬的板片，也能使流體充分均勻地分布在板片的各個角落，使分流區壓力損失最小.板片所有的換熱面積都參與高效換熱，板片的所有物理面積都轉化為有效的換熱面積，無換熱死區，不存在流動死角，不容易發生積垢，不易出現積垢引起的氯離子腐蝕，可以充分利用允許的壓力降，提高對流換熱部分的流速，提高整體的換熱效率。
二、單邊流設計
整臺板式換熱器僅用一種板片，更易配管，更易安裝和設備維護，減少板片和膠墊的備品種類和數量。
三、有H和L兩種波紋角度
通過換熱器板片優化組合，最大限度提高傳熱系數，降低設備造價。
四、一次沖壓成型
在同一板片上，板片波紋深度相同，從而保證板間每一接觸點完好銜接，板片上無過度沖壓區.不會產隱性裂紋，板片上金屬紋路高度同一，板片最薄可達0.3mm.這樣使得板片承壓能力增強，避免熱應力疲勞，避免振蕩和高頻顫抖引起的機械疲勞腐蝕，板片機械性能更佳，避免了隱性裂紋造成的泄漏，接觸點分布均勻，介質流過板片時，湍流加強，最大限度提高傳熱效率，減輕設備重量，在保證承壓要求下，獲得更高的傳熱系數。
來源：板式熱交換器密封墊片技術平臺
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展開 板式換熱器板片設計的4大特性
板式換熱器是制冷主機上的重要配件，它是由一組波紋金屬板組合而成，板上有四個角孔，供傳熱的兩種液體通過，引導流體交替地流經各自的通道，進行熱交換，它們排列緊密、精度高，體積小，換熱效率高，節省空間，使用環境要求較高，適合在小型制冷機組上使用，廣泛應用與冶金、石油、化工、食品、制藥、船舶、紡織、造紙等行業，是加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌的優良設備。
板式熱交換器板片設計的四大特性
一、分流區設計
即使最寬的板片，也能使流體充分均勻地分布在板片的各個角落，使分流區壓力損失最小.板片所有的換熱面積都參與高效換熱，板片的所有物理面積都轉化為有效的換熱面積，無換熱死區，不存在流動死角，不容易發生積垢，不易出現積垢引起的氯離子腐蝕，可以充分利用允許的壓力降，提高對流換熱部分的流速，提高整體的換熱效率。
二、單邊流設計
整臺板式換熱器僅用一種板片，更易配管，更易安裝和設備維護，減少板片和膠墊的備品種類和數量。
三、有H和L兩種波紋角度
通過換熱器板片優化組合，最大限度提高傳熱系數，降低設備造價。
展開 基于接觸分析的凸度滾子軸承力學特性研究與結構優化
軸承是旋轉機械中不可缺少的重要零件之一，其力學特性分析與軸承的設計和應用密切相關，而評定滾動軸承實際工作性能的各項技術因素如承載能力、疲勞壽命、變形與剛度等，都涉及到彈性接觸問題。用有限元法求解軸承的接觸問題，分析應力分布和彈性變形等，將成為提高滾動軸承的承載能力和使用壽命及進行優化設計的關鍵
基于接觸分析的凸度滾子軸承力學特性研究與結構優化.pdf
熱塑性樹脂基復合材料的制造工藝及其特性
用玻璃纖維增強熱塑性樹脂，提高了力學性能和熱變形溫度，降低了線脹系數，提高了耐疲勞和抗蠕變性能，同時改善了電性能。蘇州挪恩復合材料有限公司對比了尼龍66、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物增強前后的性能，從實驗結果看各方面性能都有顯著提高。
（碳纖維復合材料汽車板簧）
目前已有多種熱塑性樹脂用來作復合材料的基體，研制成功的熱塑性復合材料有纖維增強尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等，一般應用在要求輕質、高強度、耐腐蝕的機械零件中，如航空機械、機車車輛、汽車、紡織機械、造船、建筑和電氣等領域。用碳纖維等高級增強材料代替玻璃纖維，可得到各種性能更好的復合材料，如結構材料、耐沖擊材料、耐磨、阻尼減振材料等。
這種材料的優點還和熱塑性塑料一樣具有重復使用性和二次加工性，其廢舊制品和加工中的邊腳料經過適當處理可以循環利用，該材料的制品可以采用熔融焊接方法連接，采用高溫高壓成型和冷卻成型，工藝周期較短、能耗低、生產效率高，熱塑性復合材料原料來源充足，價格低廉，易加工，熱塑性復合材料半成品（粒、片料）幾乎沒有貯存期限制。
熱塑性樹脂基復合材料工藝特性與熱塑性樹脂基基本相似，添加纖維增強材料后，其工藝性能略有變化，這與樹脂自身結構有密切的聯系。熱塑性樹脂基在成型加工過程中在剪切速率、溫度、壓力下變為粘流態，其流變性是決定樹脂體系加工性能的主要標志。
纖維含量、纖維長度、纖維取向對成型工藝也會造成影響。蘇州挪恩復合材料有限公司實驗人員分析了實驗測試數據，發現隨著纖維含量的增加，樹脂的粘度增加，流動性降低。在熱塑性復合材料中，玻璃纖維含量一般在20%-40%（質量分數），既有顯著增強效果，又能保證制品成型。過多的纖維含量會使纖維磨損嚴重，增強性能降低，物料成型性惡化，且對設備磨損加劇。
展開 熱效應對高速圓錐動靜壓軸承靜特性的影響
2 壓力場及溫度場計算
采用有限元與有限差分相結合的方法，對雷諾方程、能量方程、溫黏關系式聯立方程組編程、求解，得到計入熱效應后的黏度分布、壓力分布和溫度分布。
對于壓力場，運用超松弛迭代法，聯立雷諾方程、深腔流量平衡和壓力邊界條件，對偏位角進行迭代，直至其達到精度要求，滿足收斂準則為止。而溫度場，則充分考慮了流動方向對導數的差分計算式及界面上函數的取值方法的影響，采用迎風差分法求解，利用正系數法則對溫度離散系數及常數項進行修正[14]，以防止潤滑油在油腔邊緣處發生“逆流”現象，使能量方程絕對穩定。求解溫度場仍使用超松弛迭代法，使其滿足收斂準則。
壓力場和溫度場同時滿足收斂條件時，終止循環，得到滿足條件的黏度場、壓力場和溫度場，進而計算出計入熱效應后的高速圓錐動靜壓軸承的靜特性參數。
圓錐動靜壓軸承靜特性計算流程如圖3所示。
展開 汽車懸置高頻動剛度測試試驗臺架--汽車聲學特性優化
高達2000 Hz頻率下的發動機懸置的振動傳遞特性
在產品開發初期，復合材料懸置的高頻動態特性研究已成為大眾汽車公司研究車輛聲學特性的重要工具。 隨著知識和經驗的獲取，盡管沒有預先優化的原型車可用，但是一些零件已可在開發階段進行修改，圖9顯示了三個幾何尺寸相同的液壓阻尼發動機懸架的動剛度曲線，三個懸置在500Hz頻率以下的發動機動剛度相同，但在較高頻率下，其動剛度存在顯著差異。 很明顯，這些差異顯著影響車體的振動傳播。
圖9：頻率范圍達到2000 Hz的三個結構相同的發動機懸置的動剛度測試曲線
進一步的研究表明，液壓懸置膜的結構改進可以顯著降低發動機懸置在高于500Hz的高頻范圍內的動態剛度，圖10提供了優化件和標準件之間的動態剛度特性比較曲線。
圖10：標準懸置件和優化懸置件之間動剛度的差異
圖11中顯示了車內發動機懸置前后2個測量點加速度值，標準件和優化件的加速度并排顯示，上面的圖像顯示了懸置前方測點加速度，下圖顯示了懸置后方測點加速度，右下方面板顏色顯示了優化懸置基點加速度水平的降低。這顯示加速度的降低與車輛內部的聲品質顯著提高有極大關系。
圖11：發動機懸置前后的加速度
左：原標準懸置 右：優化懸置
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展開 基于optistruct考慮靜態與動態特性下的汽車控制臂拓撲優化 ￥30
同時考慮靜態下三種工況下每種工況對應的應變能，動態特性低階前三階一階、二階、三階模態下的應變能，也就是采用組合應變能指數作為優化目標，體積分數為約束條件，進行基于optistruct考慮靜態與動態特性下的汽車控制臂拓撲優化。
有限元模型
拓撲優化后的結果
組合應變能指數迭代曲線
優化前的前三階模態及陣型：
一階模態
二階模態
三階模態
優化后的前三階模態及陣型：
一階模態
二階模態
三階模態
本案例僅提供模型文件結果文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。
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先導式主溢流閥功能特性的優化改造
綜合考慮，應對閥芯和單向閥進行改善，經過理論計算和試驗驗證，最終將閥芯和單向閥部分數據進行優化改善，優化后尺寸對比如附表所示。
閥芯和單向閥尺寸優化對比表
狀態對比
零件
改善前/mm
改善后/mm
閥芯
20.5
21
3
4.5
單向閥
φ15
φ15
φ14.2臺階長2
35.5
35
42.5
42.8
閥芯、單向閥更改前后實物外形對比如圖9所示。
圖 9
按照改善后的尺寸進行多次試驗驗證，對先導式主溢流閥進行功能特性試驗，所得曲線如圖10所示。
圖10 改善后功能曲線
從上圖可知，開啟點為32MPa，在壓力點34MPa達到最大流量140L/min，從開啟點到達到最大流量，壓力跨域2MPa，開啟迅速且定壓準確，使先導式主溢流閥功能特性得到很大的改善。
將改善后的先導式溢流閥裝配至挖掘機上，進行上機試驗，試驗反饋為挖掘機效率有了較大的提高，挖掘有力，手柄操作更加舒適、靈敏，油液升溫較慢。通過該改善，使挖掘機性能得到進一步的提升，提高了作業效率。
展開 046-基于AMESim的安全閥動態特性優化研究
通過分析仿真結果可知適當增加彈簧的剛度,
可減小閥芯的振蕩,實現安全閥的動態特性優化。
046-基于AMESim的安全閥動態特性優化研究.rar
結構優化設計分析系列（二）：熱固耦合優化設計 ￥9
輸入參數：對流系數、熱膨脹系數、長度；
響應參數：溫度（端面范圍）、熱應變
參數
類型
限制
期望值
重要性
長度（l）
輸入
15m~20m
無
低
對流系數（h）
輸入
0.004 W/m2°C~0.006 W/m2°C
無
低
溫度膨脹系數（α）
輸入
1.4e-5/°C~1.6e-5/°C
無
低
溫度（T）
輸出
n/a
最小
高
熱應變（ε）
輸出
n/a
最小
高
1.4 理論分析
根據上述條件，溫度為：
熱應變為：
組合目標函數為：
得到的尺寸最小值為：
l = beam length = 25 m
h = convection coefficient = 0.006 W/m2°C
α = coefficient of thermal expansion = 1.4e-5/°C
代入得到各響應參數最小值為：
Temperature (T) =29.812°C
Thermal strain (ε) =3.448E-04 m/m
1.5 ANSYS分析
在ansys workbench中新建優化設計分析如下圖示：
在Engineering
展開 fcBGA-H封裝瞬態熱特性 仿真&測試（一）
隨著功能要求的提高，功率和熱流密度越來越大。因此，對于高功率倒裝芯片，客戶在不斷的推進TIM（熱界面材料）的低熱阻化。
TIMs（Thermal Interface Materials）是用于提高固體接觸面之間傳熱性能的導熱材料。比如CPUs和散熱器之間，若出現微小間隙，由于空氣導熱性能極差，整個散熱效率就會嚴重降低。因此，TIM的熱特性對于散熱方案的可靠性是至關重要的，尤其是發熱部位的最高溫度（結溫Tj），散熱片上表面溫度（殼溫Tc），和上述兩點之間的熱阻。測殼溫Tc的傳統方法是，在散熱片中心放置一個熱電偶。該方法的一個最大問題是只能用散熱片中心位置的溫度來表征殼溫。但是在實際應用中，最高溫度的位置我們通常不確定，尤其是當給結區加載非均勻熱載荷（non-uniform power）的時候。
本文主要討論的是：
a. 描述如何使用不借助熱電偶的瞬態測試設備測試fcBGA封裝器件（由STATS ChipPAC制造）的TIM熱特性，尤其是結殼熱阻Rjc；
b. 描述如何測試在風扇不同轉速下（模擬真實工況）封裝器件的Rja（結到環境的熱阻）；
c. 闡明功率脈普對結構函數的影響；
d. 描述如何通過仿真生成一個仿真結構函數，再用測試結構函數來修正仿真結構函數，最后用修正后的結構函數生成熱阻網絡模型，應用于系統級產品中；
e. 明確并改進更好的仿真和測試方法。
2. 封裝器件和熱測試裝置的結構
STATS ChipPAC內部搭建了一個flip-chip測試裝置（test vehicle），專門用于評估TIM的熱特性，其結構如圖1所示。
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