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右鍵單擊Solution 插入總變形和應(yīng)力。單擊solve 進(jìn)行求解。圖25 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算中導(dǎo)入溫度圖26 溫度對(duì)管道造成的應(yīng)力圖27 溫度導(dǎo)致管道的變形來(lái)源：百度文庫(kù)

本文將分享一個(gè) COMSOL 案例庫(kù)中的模型：渦輪靜葉片的熱應(yīng)力分析，并研究其中非常重要的熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力的影響。高效的傳熱仿真 為了快速計(jì)算，我們可以預(yù)先定義渦輪靜葉片模型的傳熱，但并不具體求解。請(qǐng)注意，這里介紹的模擬標(biāo)準(zhǔn)可以是研究的最終目標(biāo)，也可以作為了解模型概況和驗(yàn)證所有設(shè)置是否一致的第一步。

過(guò)高的溫度或頻繁的溫度波動(dòng)會(huì)引發(fā)材料老化、信號(hào)失真，并因材料間熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生熱應(yīng)力，最終導(dǎo)致焊點(diǎn)開裂、器件失效等故障。因此，評(píng)估 PCB 可靠性必須進(jìn)行瞬態(tài)熱力耦合分析，即先分析動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)，再計(jì)算由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 目標(biāo)通過(guò)高保真建模仿真，系統(tǒng)觀察并量化印刷電路板（PCB）上關(guān)鍵元器件在瞬態(tài)熱載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)與應(yīng)力表現(xiàn)。

Workbench除了做穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力變形，還可以做瞬態(tài)熱應(yīng)力變形。熱雙金有兩個(gè)熱膨脹系數(shù)不同的金屬組成，熱膨脹系數(shù)越大，其為主動(dòng)層，帶動(dòng)被動(dòng)層受熱彎曲。 通過(guò)workbench瞬態(tài)熱模塊和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊可模擬該類情景。若考慮空氣對(duì)流對(duì)熱雙金表面溫度分布的影響，可使用Fluent與瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行熱應(yīng)力仿真。

技術(shù)鄰Ansys定制培訓(xùn)可使工程師30天內(nèi)獨(dú)立完成熱應(yīng)力分析項(xiàng)目，方案落地率達(dá)85%，已累計(jì)為汽車、機(jī)械、新能源等10余個(gè)行業(yè)培養(yǎng)12000+專業(yè)人才，成為企業(yè)突破熱應(yīng)力技術(shù)瓶頸的核心助力。

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)由不同材料構(gòu)成組件中的熱應(yīng)力是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的分析問(wèn)題。熱致應(yīng)力由溫度梯度、支撐以及當(dāng)連接材料具有不同熱膨脹系數(shù)（CTE）時(shí)產(chǎn)生。對(duì)于CTE不匹配的情況，即使溫度均勻，也會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)變的差異，從而引發(fā)機(jī)械應(yīng)變和應(yīng)力。針對(duì)這些連接的建模假設(shè)會(huì)對(duì)局部應(yīng)力產(chǎn)生重大影響。在對(duì)這類組件進(jìn)行建模之前，仿真工程師必須回答的第一個(gè)問(wèn)題是：是什么使部件保持在一起？

講解核心知識(shí)點(diǎn)時(shí)，講師全程結(jié)合真實(shí)行業(yè)案例舉例，避免抽象表述：比如介紹“瞬態(tài)熱應(yīng)力與穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力”的區(qū)別時(shí)，不會(huì)單純講解“時(shí)間依賴性”理論，而是通過(guò)“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)（溫度快速變化，需瞬態(tài)分析）”與“發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（溫度穩(wěn)定，用穩(wěn)態(tài)分析）”的場(chǎng)景對(duì)比，搭配溫度場(chǎng)云圖動(dòng)態(tài)演示，讓學(xué)員瞬間理解兩種分析類型的適用場(chǎng)景；講解“熱膨脹系數(shù)對(duì)熱應(yīng)力的影響”時(shí)，會(huì)以“鋼質(zhì)散熱板與鋁合金電芯的熱應(yīng)力匹配”為例，通過(guò)仿真結(jié)果對(duì)比

只做熱：沒(méi)有熱–力耦合的應(yīng)力演化，無(wú)法預(yù)測(cè)殘余場(chǎng)；只做力：沒(méi)有真實(shí)的溫度歷程驅(qū)動(dòng)，熱應(yīng)變與材料退化無(wú)從談起。工程意義：快速評(píng)估工藝窗口（功率/焊速/熱源形參）對(duì)峰溫、HAZ、殘余應(yīng)力與翹曲的影響；用自動(dòng)化腳本把“手工建模”變成“可復(fù)用流程資產(chǎn)”，支撐 DOE/靈敏度/優(yōu)化。

因此，在超過(guò)70℃的溫差載荷下，僅在溫度載荷條件下，動(dòng)渦旋齒的熱變形如圖7所示。由于處于動(dòng)渦旋盤中心的排氣溫度高達(dá)105℃，因此渦旋齒頭頂部處產(chǎn)生最大的溫度載荷和熱應(yīng)力變形，變形量隨著展開角的增大呈減小趨勢(shì)。最大熱應(yīng)力變形為24.8 μm，最小變形值為2.8 μm。

圖7 預(yù)應(yīng)力場(chǎng)變量設(shè)置 圖8 ABAQUS熱-力耦合分析流程圖【溫度應(yīng)力結(jié)果對(duì)比】將各溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力云圖指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析如下圖所示。

熱應(yīng)力分析過(guò)程 ABAQUS 提供三種熱應(yīng)力分析程序：1. 順序耦合熱應(yīng)力分析，最常用的方法? 當(dāng)應(yīng)力是由熱量場(chǎng)存在造成的，并且熱求解過(guò)程與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)應(yīng)力依賴于熱產(chǎn)生，而熱并不依賴位移。

許多實(shí)際工程問(wèn)題中，由于溫度的影響而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，因而產(chǎn)生破壞性效果時(shí)有發(fā)生。分析由溫度引起的應(yīng)力(熱應(yīng)力)有著十分重要的意義。研究物體的熱問(wèn)題包括兩方面的內(nèi)容。(1)傳熱問(wèn)題研究:確定溫度場(chǎng)。(2)熱應(yīng)力問(wèn)題研究:在已知溫度場(chǎng)的情況下確定應(yīng)力應(yīng)變。實(shí)際上這兩個(gè)問(wèn)題是相互影響和耦合的，但是在大多數(shù)情況下，傳熱問(wèn)題所確定的溫度將直接影響物體的熱應(yīng)力。

熱應(yīng)力分析 !學(xué)習(xí)重點(diǎn)： !1、 理解熱力耦合的直接法和間接法 !間接法：先進(jìn)行熱分析，然后將求得的節(jié)點(diǎn)溫度作為載荷施加到結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中。 !直接法：直接采用具有溫度和位移自由度的耦合單元，同時(shí)得到熱分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的結(jié)果。直接法又分弱耦合和強(qiáng)耦合選擇強(qiáng)耦合時(shí)，形成不對(duì)稱矩陣，線性系統(tǒng)可以直接求解。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：熱處理對(duì)Q235鋼焊接殘余應(yīng)力降低效果明顯，且在熱處理降低焊接殘余應(yīng)力過(guò)程中，溫度和時(shí)間存在著一個(gè)等效性，即加熱溫度低可以長(zhǎng)時(shí)間保溫，加熱溫度高可以縮短保溫時(shí)間，它們?cè)诮档秃附託堄?em>應(yīng)力的效果上是很接近的。下載地址：Q235鋼真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線研究

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)。

由于刀片中的溫度梯度， 會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。 在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計(jì)算出來(lái)，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過(guò)對(duì)共軛傳熱進(jìn)行建模 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計(jì)算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過(guò)孔，可以提供一種廉價(jià)的解決方案，而不會(huì)造成重大損失 準(zhǔn)確性。