熱防護(hù)的案例
如何看待熱失控防護(hù)措施的迭代？
▲圖1.沃爾沃設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)
Part 1 熱失控防護(hù)技術(shù)迭代
中國是最強(qiáng)調(diào)熱失控防護(hù)技術(shù)的國家，核心還是中國的企業(yè)特別多，應(yīng)用領(lǐng)域也很分散，所以這個領(lǐng)域其實(shí)國內(nèi)是走在世界前列的（燒的多了，自然也就成為一個顯性問題需要大家來克服）。
我的理解：
第一代熱失控防護(hù)方案：
對圓柱來說最簡單，特斯拉的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是最為典型的，方形的難度更大已突破，軟包的實(shí)現(xiàn)難度難度最高。三種電池技術(shù)，都是圍繞加強(qiáng)隔熱，加快散熱為主要技術(shù)手段。通過單體釋放能量、單位散熱能力、周邊電芯隔熱能力等多維度定量分析。
?圓柱電池
這種設(shè)計(jì)的原則是通過一定的空間進(jìn)行隔離，然后通過填充隔熱材料來充分把電芯熱失控條件下的熱量隔開。在熱失控傳播條件下，這種材料阻隔單個5Ah以上電芯散發(fā)出來的能量。
▲圖2.典型的21700圓柱熱隔絕的示意圖
在4680的時(shí)代，整個設(shè)計(jì)邏輯也是相似的，只不過按照調(diào)研的情況，電芯的開閥方向和我們之前理解的不一樣，是往下噴射，并且采用了隔熱材料防止用戶感知到會恐慌。CTC時(shí)代腳底下就是一層電池，所以需要隔熱材料進(jìn)行防護(hù)。
▲圖3.電芯之間的空隙成了核心關(guān)鍵了
?方殼設(shè)計(jì)
其實(shí)每家的設(shè)計(jì)都是趨同的，分為電芯層面的隔絕、電連接的隔絕。
▲圖4.方殼模組熱設(shè)計(jì)示意圖
這一波使得做材料的廠家特別開心，如下圖所示，以3M為例，圍繞這套熱隔絕技術(shù)形成了一系列的譜系，你按著材料標(biāo)號選就可以了。
后續(xù)類似杜邦、陶氏、BASF都可以玩得起來，我個人覺得這種堆材料解決問題的辦法增加的成本太多，和當(dāng)前需要和特斯拉PK成本的，加這么多材料是按照千來算的。
展開 用于極端環(huán)境下的熱防護(hù)材料——仿貝殼納米復(fù)合氣凝膠
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
極端環(huán)境（如深空和深海）對氣凝膠材料的熱防護(hù)性能提出了更高要求：一方面，氣凝膠需兼具超低熱導(dǎo)率（< 20 mW m
-1K
-1）和優(yōu)異力學(xué)性能（高剛性、高柔性、超彈性等）；另一方面，需突破低成本和易規(guī)模化的氣凝膠制備技術(shù)，也讓原本艱巨的任務(wù)變得更加困難。
02
成果掠影
近日，東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了“多孔磚和纖維”結(jié)構(gòu)的仿貝殼納米復(fù)合氣凝膠（SCQs），通過在層狀纖維素納米纖維凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位生長介孔無機(jī)礦物來實(shí)現(xiàn)。基于跨維度、跨尺度的結(jié)構(gòu)適配工作原理，該有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合SCQs在環(huán)境壓力干燥過程中具有快速結(jié)構(gòu)回復(fù)能力，為氣凝膠材料的低成本規(guī)模化制備奠定基礎(chǔ)。制備得到的納米復(fù)合氣凝膠具有優(yōu)異的抗壓性能，可以承受成人的壓力而不變形，即使在更大的應(yīng)力下（1.6噸汽車碾壓），依然能夠恢復(fù)其原始形狀，同時(shí)具有優(yōu)異的彎曲柔性以適應(yīng)各種防護(hù)表面；另一方面，該氣凝膠具有優(yōu)異的絕熱性能，熱導(dǎo)率值低至17.4 mW m-1 K-1，遠(yuǎn)低于理想的絕熱體-靜止的空氣，與目前航天用隔熱材料-多層隔熱氈相比，不僅具有更優(yōu)異的耐熱性能，而且在一個大氣壓或稀薄氣壓環(huán)境均具有更優(yōu)異的隔熱性能。多方面綜合優(yōu)勢使這一氣凝膠材料在航空航天、國防軍工以及智能電子熱防護(hù)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。
展開 KEXCELLED 3D打印PEEK用于小行星探測器返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)
3D打印材料廠商KEXCELLED參與了“小型空間樣品返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)”項(xiàng)目。此系統(tǒng)用于近地軌道科學(xué)樣品或小行星采樣返回任務(wù)，起到保護(hù)返回艙在再入地球的過程中安全著陸作用。創(chuàng)新采用3D打印PEEK結(jié)構(gòu)件，同時(shí)作為結(jié)構(gòu)材料和熱燒蝕材料用于20kg級小型返回艙結(jié)構(gòu)。滿足空間使用溫度、真空環(huán)境材料脫氣要求，并且能夠經(jīng)受最大熱流100 W/cm2的苛刻考驗(yàn)。
“小型空間樣品返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)”利用PEEK 3D打印技術(shù)成本降低了70%，制造時(shí)間縮短了90%。采用的高層間結(jié)合力PEEK 3D打印線材，層間結(jié)合力最高能夠達(dá)到水平方向的88%，XY軸拉伸強(qiáng)度達(dá)到96MPa，Z軸方向拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到85MPa。不僅能夠滿足航空航天結(jié)構(gòu)件的要求，在骨科醫(yī)療、汽車、消費(fèi)電子和5G領(lǐng)域也具備廣闊應(yīng)用市場。
小天體探測任務(wù)對于中國的航天意義重大，對于3D打印行業(yè)來說，采用3D打印技術(shù)來制造返回艙的關(guān)鍵部件，既困難，又具有偉大的意義。這將證明國產(chǎn)的3D打印設(shè)備和材料，不僅在原型制造上面有相對優(yōu)勢，在要求最高的航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也并不落后。
今年的TCT展會，KEXCELLED將在現(xiàn)場展示返回艙的全尺寸工程樣件。
據(jù)悉中國的首顆小行星探測器計(jì)劃2022年5月在西昌發(fā)射。屆時(shí)搭載著3D打印返回艙的探測器將展開遙遠(yuǎn)的太空之旅，踏足人類從未到過的空間，著陸小行星采集樣本并返回地球。預(yù)祝發(fā)射圓滿成功，“中國航天的征途是星辰大海”，人類對浩瀚宇宙地探索永不停滯，加油中國航天。
展開 重復(fù)熱處理及防護(hù)層對CrNiMoV鋼鍛件組織性能的影響
檢測結(jié)果見表2，未噴涂區(qū)域的氧化皮厚度平均值為0.226mm，噴涂區(qū)域氧化皮厚度平均值為0.068mm，可見噴涂防護(hù)劑可以明顯減小鍛件表面氧化皮的厚度。
表2 熱處理前后典型位置厚度尺寸檢測結(jié)果 單位：mm
圖3 造型對比情況
圖4 縱剖面5個檢測位置
重復(fù)熱處理前噴涂防護(hù)劑對鍛件近表面脫碳層的影響
CrNiMoV鋼類鍛件熱加工過程中表面產(chǎn)生肉眼可見的氧化皮，由于氧化反應(yīng)在鍛件近表面還會形成一層脫碳層，脫碳層的組織與鍛件本體的組織有差異。鍛件表面噴涂的防護(hù)劑具有防氧化的作用，為了定量分析防護(hù)層的防氧化作用，在重復(fù)熱處理后的鍛件噴涂和未噴涂區(qū)域分別切取1個試樣，檢測脫碳層的厚度。取樣示意圖見圖5，其中1#試樣位于噴涂區(qū)域，2#試樣位于未噴涂區(qū)域。采用金相法對試樣軸向表面和徑向表面脫碳層進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見圖6，脫碳層厚度最大值為0.71mm，檢測結(jié)果顯示軸向表面脫碳層最大厚度比徑向表面脫碳層最大厚度大0.19mm，未噴涂區(qū)域的脫碳層最大厚度比噴涂區(qū)域的大0.2mm。
圖5 脫碳層厚度檢測取樣示意圖
圖6 脫碳層厚度檢測結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果表明：噴涂防護(hù)層的區(qū)域脫碳層厚度小于未噴涂的區(qū)域，防護(hù)劑有一定的防氧化能力。綜合考慮氧化皮和脫碳層厚度，噴涂防護(hù)劑的區(qū)域氧化深度比未噴涂區(qū)域小0.3mm，另外未噴涂區(qū)域的輪緣發(fā)生了軸向翹曲，翹曲變形值為1.36mm，噴涂區(qū)域輪緣翹曲變形量為0.27mm。因此未噴涂鍛件的余量需不小于2.45mm，噴涂防護(hù)劑的鍛件余量需不小于1.01mm。
展開 
新能源電池包熱應(yīng)力防護(hù)如何筑牢安全防線？
Ansys熱應(yīng)力分析可使電池包散熱板開裂風(fēng)險(xiǎn)降低30%、熱失控預(yù)警時(shí)間提前8分鐘，構(gòu)建全周期安全防護(hù)體系，技術(shù)鄰依托資深師資團(tuán)隊(duì)打造的定制培訓(xùn)，能讓企業(yè)工程師快速掌握這套核心防護(hù)技術(shù)。
新能源汽車電池包的熱應(yīng)力安全問題，是制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。電池包在充放電、高溫環(huán)境及熱失控初期均會產(chǎn)生顯著熱應(yīng)力，若管控不當(dāng)，極易引發(fā)殼體破裂、電芯擠壓短路等嚴(yán)重安全隱患。技術(shù)鄰服務(wù)20+新能源頭部企業(yè)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)顯示，電池包熱應(yīng)力相關(guān)故障中，正常工況下的散熱板開裂占比23%，熱失控初期的殼體破裂占比35%，而Ansys熱應(yīng)力分析可針對性構(gòu)建全周期防護(hù)體系。更重要的是，技術(shù)鄰?fù)ㄟ^定制培訓(xùn)，將這套前沿技術(shù)轉(zhuǎn)化為工程師的實(shí)操能力，其師資力量堪稱行業(yè)標(biāo)桿——講師團(tuán)隊(duì)均具備10年以上Ansys仿真經(jīng)驗(yàn)，且持有Ansys官方認(rèn)證資質(zhì)，深度參與過電池包熱安全項(xiàng)目，能精準(zhǔn)對接企業(yè)實(shí)際需求。
在正常工況的熱應(yīng)力管控中，快充場景的熱堆積問題尤為突出。電池包快充時(shí)，電芯因焦耳熱溫度從25℃快速升至50-60℃，鋼質(zhì)散熱板與鋁合金電芯的熱膨脹系數(shù)差異達(dá)1.8倍，極易引發(fā)接觸熱應(yīng)力，形成“熱應(yīng)力升高-散熱失效-溫度驟升”的惡性循環(huán)。Ansys通過兩大核心手段破解這一難題：一是材質(zhì)匹配驗(yàn)證，通過仿真對比鋼質(zhì)、鋁合金、鎂合金三種散熱板材質(zhì)的應(yīng)力分布，最終選定鋁合金材質(zhì)，使接觸應(yīng)力從180MPa降至117MPa；二是整體應(yīng)力優(yōu)化，在殼體螺栓處增加硅膠緩沖墊片，將局部應(yīng)力降低30%，徹底避免殼體變形開裂。同時(shí)，Ansys可精準(zhǔn)模擬不同充放電倍率下的熱應(yīng)力變化，1C倍率充電時(shí)熱應(yīng)力值為90MPa，2C快充時(shí)增至150MPa，為液冷系統(tǒng)調(diào)控提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。這些實(shí)操技巧，正是技術(shù)鄰培訓(xùn)的核心內(nèi)容，講師會以企業(yè)真實(shí)電池包模型為案例，手把手指導(dǎo)學(xué)員完成材質(zhì)選型、應(yīng)力優(yōu)化的全流程仿真操作。
展開 導(dǎo)彈反向噴流對鈍頭體繞流的影響分析
1問題\需求描述及重要性論述
高超聲速飛行器在飛行過程中面臨十分嚴(yán)重的氣動加熱，特別是頭部駐點(diǎn)處，為了保證飛行器的性能，通常在其引導(dǎo)頭處使用逆向噴流鈍體熱防護(hù)罩的方法，如圖1所示。流場中逆向噴流射出后先形成一個馬赫盤，從而平衡了噴流的壓力與弓形激波后的來流壓力。之后噴流與來流相遇形成接觸面。逆向噴流受到來流的阻擋而產(chǎn)生回流，重新附于物面，從而形成回流區(qū)；而來流由于噴流的阻擋則向周邊流去，于是在噴流層的回流再附點(diǎn)處形成再壓縮激波。 由于自由來流不直接撞擊物面，從而再附點(diǎn)遠(yuǎn)離頂點(diǎn)，減少了氣動加熱；同時(shí)駐點(diǎn)區(qū)處于逆向噴流形成的回流區(qū)之中，于是駐點(diǎn)區(qū)附近的物面接觸的氣體溫偏低，因此逆向噴流熱防護(hù)方法能對嚴(yán)重加熱的駐點(diǎn)區(qū)起到很好的防熱效果。
圖1 鈍體熱防護(hù)罩反向噴射示意圖
2技術(shù)難點(diǎn)
國內(nèi)在20世紀(jì)90年代末開始?xì)鈩?em>熱光學(xué)效應(yīng)預(yù)估仿真和校正技術(shù)的研究，起步較晚，與發(fā)達(dá)國家有一定的差距，雖然經(jīng)過近些年的努力，針對高速飛行器的發(fā)展需求進(jìn)行了高速流場計(jì)算方法、光學(xué)傳輸效應(yīng)、氣動熱防護(hù)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等一些列研究。但如何快速高效的針對高速飛行器的噴流鈍體熱防護(hù)罩進(jìn)行準(zhǔn)確的氣動熱估算和合適的熱防護(hù)設(shè)計(jì)仍然存在諸多難點(diǎn)。本文將基于FloEFD采用高馬赫數(shù)流動求解器，對其流場進(jìn)行仿真模擬，估算鈍體熱防護(hù)罩的防護(hù)效果。
3案例介紹
以具有反向噴流的半球體為研究對象，如圖2所示，取半球直徑為50mm，前緣開孔直徑為4mm。計(jì)算采用軸對稱方式，網(wǎng)格采用沿壁面前緣設(shè)置細(xì)網(wǎng)格，且著重在頭部敏感區(qū)域進(jìn)行細(xì)密的網(wǎng)格劃分，并在計(jì)算過程中進(jìn)行一次自適應(yīng)網(wǎng)格加密。
展開 samcef的熱燒蝕專業(yè)解決方案案例
在AURORA返回艙燒蝕熱防護(hù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，AURORA返回艙結(jié)構(gòu)呈倒置的傘狀，返回艙在中心的球罐結(jié)構(gòu)中被保護(hù)起來，再入大氣層速度高達(dá)13km/s，熱流達(dá)6~9MW/m2。EADS ASTRIUM采用SAMCEF Amaryllis和BOSS Quattro相結(jié)合的方式，進(jìn)行了熱防護(hù)材料的優(yōu)化選擇和厚度設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了返回艙不同部位分布采用不同材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
MBDA是歐洲著名的導(dǎo)彈及防務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造商，其對導(dǎo)彈的熱防護(hù)研究水平處于世界前列。彈道導(dǎo)彈，尤其是彈頭位置，熱防護(hù)工作至關(guān)重要， MBDA導(dǎo)彈彈頭熱防護(hù)設(shè)計(jì)采用的分析工具也是SAMCEF Amaryllis。
AEROFAST項(xiàng)目是歐盟第七科技框架計(jì)劃項(xiàng)目，旨在設(shè)計(jì)一種航天器，能夠用于人類探索太陽系，作為一種先進(jìn)的運(yùn)輸工具，實(shí)現(xiàn)人或物在月球、火星或GEO、LEO衛(wèi)星與地球間的往返運(yùn)輸。在AEROFAST項(xiàng)目中，熱防護(hù)系統(tǒng)采用酚醛樹脂復(fù)合材料，承受組分為CO2的火星大氣層熱流環(huán)境，采用SAMCEF Amaryllis軟件進(jìn)行熱燒蝕分析，分析模型采用3D熱燒蝕模型。、
ESA和AREVA等公司運(yùn)用Samcef Supervisor成功模擬了太陽能帆板在溫度因素影響下，非線性機(jī)構(gòu)的展開過程，并且仿真和實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)出良好的一致性。
法國SNECMA公司采用Samcef Supervisor進(jìn)行多種液體火箭發(fā)動機(jī)推進(jìn)器的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。如考慮熱輻射和對流載荷以及碳環(huán)的非正常磨損的液氧渦輪泵噴管時(shí)域非線性的瞬態(tài)分析
Samcef 熱燒蝕及熱固耦合分析.pdf
展開 i防護(hù)熱i和古鱷同日法國入戶突然
i防護(hù)熱i和古鱷同日法國入戶突然
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展開 火星進(jìn)入高焓流場二氧化碳離解反應(yīng)機(jī)理研究取得進(jìn)展
飛行器熱環(huán)境預(yù)測及熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證飛行任務(wù)成功極其重要的一環(huán)。在火星飛行器氣動熱環(huán)境的預(yù)測研究中，由于對于該熱化學(xué)反應(yīng)機(jī)理認(rèn)知不足以及化學(xué)反應(yīng)模型選取的不確定性，導(dǎo)致熱環(huán)境計(jì)算誤差較大，飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)普遍采用保守設(shè)計(jì)，極大的增加其比重并降低飛行器有效載荷。研究表明，二氧化碳離解反應(yīng)是火星進(jìn)入流場熱化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究的關(guān)鍵，其離解反應(yīng)直接影響整個火星進(jìn)入流場熱化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程；其離解產(chǎn)物在飛行器熱防護(hù)層表面催化復(fù)合釋放的催化反應(yīng)熱是飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)所承受熱載荷的重要來源。因此，開展火星進(jìn)入流場二氧化碳離解反應(yīng)機(jī)理研究，對于火星飛行器熱環(huán)境準(zhǔn)確預(yù)測及熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
中科院力學(xué)所高溫氣體動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室余西龍研究團(tuán)隊(duì)針對這一關(guān)鍵科學(xué)問題取得重要進(jìn)展。研究人員使用高焓激波管模擬火星進(jìn)入流場，針對這種極高溫非平衡條件下的氣體輻射特性，采用分子發(fā)射光譜測溫技術(shù)及激光吸收光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)激波波后非平衡溫度及關(guān)鍵離解組分一氧化碳濃度的定量測量，這是國際首次將吸收光譜應(yīng)用于火星進(jìn)入流場氣體組分濃度測量；同時(shí)發(fā)展了能夠反映火星進(jìn)入非平衡流場的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對該模型及化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)進(jìn)行了修正。此外，該工作對高溫（>6000K，目前國際通用數(shù)據(jù)庫僅到3000K）吸收光譜數(shù)據(jù)庫補(bǔ)充和驗(yàn)證也極有意義。
鑒于測量方法創(chuàng)新性及工程應(yīng)用重要性，這項(xiàng)工作的前期研究方案和結(jié)果被NASA Progress in Aero.& Astro.系列專刊《Molecular-Based Optical Diagnostics for Hypersonic NonequilibriumFlows》大篇幅引用，最新的研究結(jié)果發(fā)表于AIAA系列Journal of Thermophysicsand Heat Transfer（X. lin, L. Z. Chen, J.
展開 LMS samcef 熱燒蝕仿真
SAMCEF Amaryllis是針對熱防護(hù)設(shè)計(jì)和燒蝕分析的專業(yè)解決方案，主要適用于再入飛行器、再入彈頭、火箭整流錐、燃?xì)舛妫瑢?dǎo)彈發(fā)射架等結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)設(shè)計(jì)以及其他需要傳熱分析的領(lǐng)域，是研發(fā)歷史最久、求解功能最完善的能模擬燒蝕現(xiàn)象的仿真軟件；
SAMCEF Amaryllis可以用于2D軸對稱模型和3D實(shí)體模型。能夠?qū)Ω咚俸统咚亠w行器的碳基、硅基及金屬防熱材料進(jìn)行燒蝕分析，包括表面燒蝕、機(jī)械燒蝕(剝蝕、溶化)、化學(xué)燒蝕(熱化學(xué)反應(yīng))、相變燒蝕(氣化、升華)、體積燒蝕、熱分解等，并能進(jìn)行燒蝕，升華等熱致質(zhì)量流失過程模擬。
LMS_samcef熱防護(hù)及熱燒蝕.pdf
展開 一種用于隔熱的輕質(zhì)、柔性氣凝膠復(fù)合材料
來源 | ACS Applied Materials & Interface
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背景介紹
由于氣凝膠在航空航天工業(yè)、軍事行動和靠近火源等惡劣環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，其高溫熱防護(hù)受到了研究人員的廣泛關(guān)注。特別是，聚酰亞胺、酚醛、芳綸等有機(jī)氣凝膠由于其低密度而非常有利，其中具有高炭產(chǎn)率的酚醛樹脂氣凝膠(PRA)作為一種有能力的燒蝕劑很受歡迎，為了在高機(jī)械應(yīng)力和高熱載荷條件下獲得更好的力學(xué)性能，必須用堅(jiān)韌的纖維對脆弱的氣凝膠進(jìn)行加固。
由于具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能，廣泛選擇碳纖維、石英纖維(QF)和莫來石纖維與PRAs結(jié)合制成熱防護(hù)復(fù)合材料。其中，NASA開發(fā)的酚醛浸漬碳燒蝕劑(PICA)是一種典型的輕質(zhì)熱防護(hù)燒蝕復(fù)合材料。由于其重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好，它已被用于美國宇航局的火星探測、“星塵號”返航和SpaceX的“龍”太空艙等任務(wù)。隨著航空航天工業(yè)的空前快速發(fā)展，PICA的剛性和脆性帶來了失效應(yīng)變低、縫縫繁瑣、對冷結(jié)構(gòu)適應(yīng)性低等問題，嚴(yán)重制約了剛性PICA的實(shí)際應(yīng)用。因此，迫切需要進(jìn)一步開發(fā)輕質(zhì)、柔韌、隔熱的復(fù)合材料。
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成果掠影
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張幸紅與洪長青團(tuán)隊(duì)針對開發(fā)輕質(zhì)、柔韌、隔熱的復(fù)合材料取得最新進(jìn)展。該文報(bào)告了一種均勻的化學(xué)鍵合策略，用于制造具有良好燒蝕隔熱性能的輕質(zhì)柔性纖維增強(qiáng)酚醛樹脂氣凝膠FRPRA。酚醛樹脂氣凝膠基質(zhì)與酚醛纖維增強(qiáng)材料的相容性提高了材料的可壓縮性(循環(huán)應(yīng)變?yōu)?0%)和可彎曲性(循環(huán)應(yīng)變?yōu)?0%)以及燒蝕過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，低堆積密度和導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.20 g/cm3和0.043 W/mK，使復(fù)合材料具有高效的保溫能力。
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Samcef Amaryllis 熱燒蝕分析軟件
Samcef Amaryllis 熱燒蝕分析軟件
始于EADSASTRIUM
軟件背景：
LMS SAMTECH與EADS ASTRIUM與1980s年代合作，基于samcefthermal熱分析求解器開發(fā)的一款專門用于材料高溫分解，碳化燒蝕現(xiàn)象模擬的軟件。經(jīng)過ASTRIUM多個項(xiàng)目的應(yīng)用嚴(yán)重，逐步成熟并商業(yè)化，迅速獲得ESA,MBDA,SNECMA等多個歐洲頂尖航天企業(yè)的青睞。。。。
軟件包括：專業(yè)的熱燒蝕前后處理；
考慮多種傳熱形式的相變燒蝕，化學(xué)，機(jī)械和體積燒蝕分析以及多種燒蝕形式的耦合分析；
熱，燒蝕與結(jié)構(gòu)的耦合分析；
1D,2D,3D燒蝕模型，滿足不同結(jié)構(gòu)建模需要；
自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)燒蝕和溫度滲透深度自動調(diào)整網(wǎng)格，精確藐視燒蝕動態(tài)過程；
軟件的核心價(jià)值：
專業(yè)性：專業(yè)前后處理，迅速建模，分析動態(tài)結(jié)果；
精確性：考慮熱防護(hù)材料的多種耦合
高效性：獨(dú)特圖形化界面加參數(shù)化語言建模方式，基于參數(shù)化模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)；
實(shí)用性：其整個發(fā)展過程伴隨著歐洲多個大型航天項(xiàng)目應(yīng)用嚴(yán)重；
更詳細(xì)介紹請看附件。
SAMCEF_AMARYLLIS熱防護(hù)及燒蝕分析軟件.pdf
展開 基于ANSYS Workbench的噴管熱應(yīng)力分析
噴管處于幾千K的高溫工作環(huán)境中，其熱分析工作是不可忽略的，國外投入大量的人力物力進(jìn)行研究，Melia P.F等對噴管熱分析進(jìn)行深入細(xì)致的工作。但值得指出的是，有關(guān)噴管熱分析的文獻(xiàn)大都是綜述性的報(bào)導(dǎo)，結(jié)合具體的工作結(jié)構(gòu)及分析所用的具體材料性能等詳實(shí)內(nèi)容大都未提及。六十年代以來，我國開始發(fā)展噴管的熱結(jié)構(gòu)、熱防護(hù)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的分析工作也得到充分重視。涉及噴管熱分析方面的工作的綜述也有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。何洪慶等對噴管的熱傳導(dǎo)、噴管喉襯部件以及噴管熱分析試驗(yàn)做了相關(guān)分析研究工作。以上提及的研究工作對于噴管零部件熱分析在理論方面比較深入，并有充分的試驗(yàn)配合，而對于整個噴管的熱應(yīng)力分析結(jié)合工程實(shí)際十分緊密的研究卻相對較少。
本文為實(shí)現(xiàn)熱流固耦合，將運(yùn)用Fluent、Steady-State和Static Structure這三個模塊進(jìn)行分析。首先進(jìn)行Fluent和Steady-State的熱流雙向耦合，利用System Coupling模塊設(shè)置雙向耦合，在Fluent里，設(shè)置能量方程打開，由于氣流是一種高溫高壓高雷諾數(shù)的流體，所以選擇k-epsilon粘性模式，并且在Fluent里設(shè)置流體與結(jié)構(gòu)之間的流固耦合面，Steady-State里也要設(shè)置好結(jié)構(gòu)與流體之間的流固耦合面。進(jìn)行熱流雙向耦合之后，將Steady-State得到結(jié)構(gòu)上的溫度場分布，再將熱場計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到Static Structural模塊，進(jìn)行熱應(yīng)力分析。
對于熱流耦合分析及后面的溫度載荷作用下的結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析，對噴管結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些必要的簡化，刪除螺栓連接孔等。由于模型的對稱特性，只分析一半模型，對稱面上施加對稱邊界條件。由于噴管在工作時(shí)結(jié)構(gòu)中存在著高溫情況，故采用M247彈塑性材料本構(gòu)進(jìn)行彈塑性非線性問題計(jì)算。
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stc=cndi100406
（二）加快混合動力到電動車輛的熱防護(hù)仿真
如何使用系統(tǒng)和 CFD 仿真解算方案在設(shè)計(jì)周期中幫助減少車輛后期熱故障？
鑒于政府部門要求減少有害氣體排放和提高燃油效率的巨大壓力，車輛設(shè)計(jì)正日新月異地變化。除新式混合到電動動力系統(tǒng)以外，駕駛員輔助功能和自動駕駛車輛市場也在興起，這一切都增加了車輛對于電動化的依賴。混合動力車輛帶來了更大的復(fù)雜性，譬如電池和發(fā)動機(jī)也需要冷卻。隨著這些新型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的不斷涌現(xiàn)，車輛制造商仍然需要防止熱故障以避免產(chǎn)生代價(jià)高昂的召回保修。
數(shù)以千計(jì)的零部件熱防護(hù)，本身就可以是非常復(fù)雜的過程。本在線研討會將探討 1D 系統(tǒng)仿真和 3D 熱解算方案的混合使用如何能夠在設(shè)計(jì)周期幫助減少后期熱故障。熱模型與 CAD、系統(tǒng)性能仿真和 3D CFD 解算方案的緊密結(jié)合，對于惡劣運(yùn)行條件的模擬，譬如拖車上坡牽引、浸濕后電源延時(shí)斷電，這一切都可以幫助在設(shè)計(jì)早期預(yù)測熱元件溫度。通過將熱防護(hù)與 CAD 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，我們不僅提供了實(shí)體和流體之間的緊密耦合仿真，而且還避免了眾多 OEM 如今廣泛采用的、長達(dá)數(shù)周的人工表面清理。
點(diǎn)擊鏈接在線觀看：
https://www.plm.automation.siemens.com/global/zh/webinar/coupled-simulation-1d-cfd-vehicle-thermal-management/55466?stc=cndi100407
（三）通過部署車身剛度目標(biāo)設(shè)置過程改進(jìn)車輛操控
如何對車身剛度設(shè)計(jì)進(jìn)行客觀定量化？
在配合車輛操控性能部署車身目標(biāo)設(shè)置的過程中，工程師需要在車身和車輛層面做出修改，對車身剛度設(shè)計(jì)進(jìn)行客觀定量化。
展開 熱傳導(dǎo)系數(shù)測量的主要方法
由此未知樣品的熱傳導(dǎo)率Ks 可以下式進(jìn)行計(jì)算：
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有防護(hù)或無防護(hù)的熱流計(jì)方法( 依照ASTMC518、E1530 測試標(biāo)準(zhǔn))。本量測方法涉及使用熱通量計(jì)（熱通量傳感器）。熱通量計(jì)在其用途上與對比切割棒法中的參考樣品非常相似。實(shí)際上參考樣品材料的熱傳導(dǎo)率非常低，因此參考板可以做得非常薄。通常大量數(shù)目的熱電偶對被設(shè)計(jì)放置在參考樣品板的兩側(cè)，以差分方式連接以直接產(chǎn)生與其兩端的溫差成正比的電子信號。一般熱流計(jì)量測方法可量測的溫度范圍約為-20° C~300° C，可量測的熱傳導(dǎo)系數(shù)范圍為0.1~20 W/m-K。
熱通量計(jì)組件被澆鑄成保護(hù)涂層以提高耐用性。這種類型的熱通量計(jì)主要用于測試熱傳導(dǎo)率數(shù)值極低樣品的儀器量測，可廣泛用于聚合物、玻璃、陶瓷、金屬（中等導(dǎo)熱范圍）、碳、復(fù)合材料或建筑用絕緣材料等。對于聚合物和復(fù)合材料而言，熱通量計(jì)方法會比雷射閃光方法更好。以類似的方式，熱通量計(jì)可以由幾乎任何材料來制成，厚的或薄的，取決于材料的熱傳導(dǎo)性。所有熱通量計(jì)的共同要求是用于測量部分的材料需穩(wěn)定，不受熱循環(huán)履歷的影響，并且熱流量計(jì)可以通過某些方法在熱阻范圍內(nèi)(0.0005~0.05 m2-K/W) 進(jìn)行獨(dú)立校準(zhǔn)。種類繁多的測試儀器都是使用這種方法。防護(hù)式熱流計(jì)也是一種軸向穩(wěn)態(tài)的測試方法。熱量以單軸向路徑通過測試材料板和參考板熱量計(jì)量部分。防護(hù)板的低熱導(dǎo)材料也需要考慮防止側(cè)向的熱散失。測試上會在樣品和熱計(jì)量部分產(chǎn)生熱梯度。圖3 是TA 儀器防護(hù)式熱流計(jì)量測設(shè)備的照片。
圖3：TA 儀器UnithermTM2022 防護(hù)式熱流計(jì)(GuardedHeat Flow Meter) 設(shè)備
防護(hù)熱板(Guarded Hot Plate) 量測方法
防護(hù)熱板量測方法是依循ASTM C177 測試標(biāo)準(zhǔn)，防護(hù)熱板量測方法被廣泛使用在絕緣性材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)的量測。
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