熱耦合的案例
技術介紹|芯片上熱互連熱耦合——用于進行溫度感知EM評估
芯片級功耗分析工具，如Ansys、RedHawk或Totem生成芯片熱模型(CTM)，該模型以精細的網格功耗圖表示設備加熱的影響。Ansys Sentinel-TI是一個有限元工具，用于模擬和求解集成電路封裝（如3D-IC）中芯片的熱分布。該模型使用CTM功率以及來自板級CPS分析的系統熱邊界條件，或使用Ansys Icepak的系統級熱分析，這是一種使用計算流體動力學（CFD）仿真的系統級熱求解方法。CTM包含芯片的總功耗。這包括與溫度相關的設備漏電功耗和內部連接層金屬分布數據。
盡管芯片內部連接層中導線的自加熱只占總功耗的一小部分，但當技術擴展到16/14nm及以下時，導線上的電流密度和電阻都會增加，導致局部自加熱和溫度顯著上升。芯片上的導線段數以百萬計，因此很難使用場求解器（如FEM或CFD）求解自加熱問題。RedHawk和Totem使用了一種新穎有效的方法來計算導線的溫升以及熱耦合效應。為了精確進行EM分析，將CTM流的基礎溫度與導線上的溫升結合在一起，利用包含導線自加熱和熱耦合的新方法來進行計算。
圖2：設備和導線上的自熱引起的熱耦合
設備和導線上的自加熱引起的熱耦合如圖2所示。利用通用有限元分析工具Ansys Mechanical對埋在介質中的每根導線后端(BEOL)自加熱(T)的增加進行預演。預演過程考慮了幾何和物理因素。這些因素包括電流、導線的電阻和幾何形狀、電介質層的厚度、電介質的位置和熱導率以及附近金屬的含量。介質中的溫度衰減行為是計算導線間熱耦合的關鍵。有了T和溫度衰減特性，利用線性疊加法就可以方便有效地計算導線間的熱耦合。
圖3：CPS環境中的3D-IC封裝（右）和CFD的熱邊界條件（左）
使用Icepak生成的邊界條件對3D-IC進行CPS熱仿真的結果如圖3所示。
展開 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 【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用實例
雙向流熱
耦合計算
1、雙向流熱耦合簡介
2、雙向流場計算原理
3、雙向傳熱計算原理
4、雙向流熱耦合分析系統
5、流場計算設置
6、固體傳熱計算設置
7、系統耦合器計算設置
8、后處理技術
工程實例-1：內部生熱結構的對流傳熱計算
穩態熱固耦合計算（結構穩態熱應力分析）
1、穩態熱固耦合簡介
2、固體域計算原理
3、穩態熱固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、傳熱計算設置
6、固體計算設置
7、后處理技術
工程案例-1：散熱片熱固耦合分析與熱應力計算
工程案例-2：加氫反應器裙座穩態熱應力與熱疲勞計算
瞬態熱固
耦合計算
1、瞬態熱固耦合簡介
2、固體瞬態動力學計算原理
3、瞬態熱固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、傳熱計算設置
6、固體計算設置
7、后處理技術
8、雙向熱固耦合計算的探討
工程案例-1：泵殼瞬態熱應力計算
工程案例-2：壓力容器的瞬態熱應力計算與熱應力對其振動模態的影響評估
單向流固
耦合計算
1、單向流固耦合簡介
2、單向流固耦合分析系統
3、計算模型與網格
4、流場計算設置
5、固體計算設置
6、后處理技術
工程案例-1：多通管單向穩態流固耦合計算
工程案例-2：風吹方柱單向穩態態流固耦合計算
動網格
技術
1、光順法
2、分層網格法
3、網格再生技術
4、動網格計算設置技巧
展開 4月9-11日 北京 | ANSYS流固熱多物理場耦合計算工程應用方法專題
單向流-熱-固耦合計算流程
雙向流-熱-固耦合計算流程
雙向流-熱-固耦合計算的重啟動
雙向流-熱-固耦合后處理
雙向流-熱-固耦合的收斂控制
案例9：三通管接頭流固熱耦合計算
案例10：汽車排氣歧管流固熱耦合計算
1.
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。
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展開 ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥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
你會得到什么：
1、學習三通管道的三維模型處理
2、學習三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學習三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學習三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
迭代耦合
迭代耦合，主要通過兩個不同的求解器完成不同場的變量求解，然后通過一個數據映射模塊，再考慮場之間耦合的一種方法。該方法適用于流-固耦合計算，流-熱耦合計算。該種方法，流體的求解主要通過Fluent完成，結構的求解可以使用結構模塊或結構熱模塊，由用戶的需求確定。場之間的數據交換模塊稱為系統耦合器，如圖3所示。
圖3 基于系統耦合器的迭代耦合計算
圖4和5分別給出了基于系統耦合器的流固和流熱耦合計算分析系統。流固耦合計算中，主要通過系統耦合器交換流體壓力與結構變形數據，流熱耦合計算中，主要基于對流換熱計算公式進行數據交換。
圖4 基于系統耦合器的流固耦合計算
圖5 基于系統耦合器的流熱耦合計算
如圖6所示，給出了迭代計算過程中場之間的數據映射無誤差曲線，默認的數據映射殘差為1%。
圖6 迭代計算過程中場之間的數據映射誤差曲線
展開 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！
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 “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 運載火箭—衛星熱耦合分析的方法
運載火箭和衛星的熱耦合分析是指將運載火箭與衛星（火箭的有效載荷）組合成一個聯合熱模型，在一定的熱環境條件下通過傳導、對流及輻射途徑，產生熱的相互作用，對星箭聯合熱模型在這種相互作用下溫度分布等熱特性的計算。運載火箭和衛星的熱耦合分析是星箭接口控制文件之一，是火箭發射衛星服務中必須進行的分析之一
運載火箭—衛星熱耦合分析的方法.pdf
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
▲ 掃碼參與報名
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！
3月20日 14:00 ▲ 點擊參與報名
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
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 2025大賽優秀作品 | 基于LS-DYNA 流固熱耦合方法解決熱風焊接問題
作品名稱：基于LS-DYNA 流固熱耦合方法解決熱風焊接問題
作者： 周祝龍 | 奧托立夫(上海）汽車安全系統研發有限公司 高級仿真工程師
關鍵詞：LS-DYNA；ICFD-Structure-Thermal流固熱耦合；非絕熱過程；自適應網格；溫度分布
作者說
LS-DYNA功能強大，在汽車行業發揮著舉足輕重的作用，特別是在車輛碰撞、氣囊點爆等方面。除此以外，由于其獨特的關鍵字卡片設計，在電磁、熱學以及ICFD流體模塊等方面也有著強大的功能，對一些特定場景的應用提供了很好的仿真拓展空間，如磁場仿真、電熱學仿真等，求解器功能也在不斷更新中。同時LS-DYNA在多物理場耦合方面也非常的友好，耦合效果和精度也較高。
產品焊腳示意圖以及溫度場仿真結果
利用LS-DYNA軟件對熱風焊工裝及產品進行建模，調用不可壓縮計算流體動力學（ICFD）流體仿真模塊，并耦合熱以及結構模塊，實現流-固-熱多物理場耦合仿真，在模型中對熱空氣流體及其環境件進行分析，獲得模型各處流體流動狀態、塑料產品焊腳的熱分布等結果。結果顯示在一定的參數條件下，可以通過流-固-熱仿真，指導不同的焊腳尺寸如何設計合適的熱風管道孔徑，以獲得理想的焊腳溫度和焊接效果。作者研究了熱風焊接過程中的熱風加熱問題，為塑料產品的熱風焊接工藝提供了一定的指導意義。此外，耦合仿真中還通過添加自適應網格關鍵字，模擬熱風加熱過程中的焊腳受力晃動現象，為后期的匹配驗證提供了途徑。
挑戰/需求
熱風焊系統內部流場溫度分布
塑料產品焊腳的熱風焊效果好壞直接影響試驗結果，目前主要靠經驗來調試工藝，試錯成本高，沒有針對性的仿真方法來支持。
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 