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穩(wěn)態(tài)熱分析o 核心求解器為 ANSYS Mechanical，適合快速驗(yàn)證熱設(shè)計(jì)可行性，常作為瞬態(tài)或耦合分析的前置步驟。o 輻射僅支持表面輻射（角系數(shù)計(jì)算），無(wú)法考慮氣體介質(zhì)的輻射吸收 / 發(fā)射。2. 瞬態(tài)熱分析o 需設(shè)置合理時(shí)間步長(zhǎng)（如用自動(dòng)時(shí)間步控制收斂），避免溫度突變導(dǎo)致結(jié)果振蕩。o 支持材料熱導(dǎo)率、比熱容隨溫度變化，適配高溫合金、復(fù)合材料等非線性場(chǎng)景。

圖 3 穩(wěn)態(tài)熱模塊輻射傳熱分支設(shè)置設(shè)置完輻射傳熱邊界條件后，再設(shè)定其他熱邊界條件。此處需要添加“temperature”分支設(shè)定小圓柱體的側(cè)面溫度為700℃，如圖 4所示。圖 4 穩(wěn)態(tài)熱模塊其他熱邊界條件設(shè)定2 角系數(shù)文件設(shè)置默認(rèn)情況下，workbench在計(jì)算完輻射面的角系數(shù)之后會(huì)生成角系數(shù)文件，并且在計(jì)算完之后自動(dòng)刪除該文件。

圖19 中間平面設(shè)置圖圖20 速度云圖圖21 壓力云圖圖22 溫度云圖 六、穩(wěn)態(tài)熱分析 完成流體計(jì)算之后，單擊B4 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)熱分析模塊

應(yīng)用二：熱流道穩(wěn)態(tài)分析后，接續(xù)執(zhí)行充填分析，以得到更真實(shí)熱流道信息 不同于充填分析，熱流道穩(wěn)態(tài)分析考慮數(shù)次射出(直到平衡)后所累積的剪切生熱效應(yīng)，例如不均勻/對(duì)稱(chēng)熱流道溫度分布。因此若在熱流道穩(wěn)態(tài)分析后接續(xù)充填分析，可取得更準(zhǔn)確的熱流道初始訊息，會(huì)比以往的充填分析來(lái)得精準(zhǔn)。

穩(wěn)態(tài)溫升計(jì)算 除了利用流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，我們還可以采用穩(wěn)態(tài)溫升計(jì)算方法。這種方法基于熱平衡原理，通過(guò)計(jì)算變壓器內(nèi)部的熱量產(chǎn)生和散發(fā)，得到變壓器的穩(wěn)態(tài)溫度分布。 該方法的顯著優(yōu)勢(shì)就是快速的都溫度分布，缺點(diǎn)就對(duì)流換熱系數(shù)不能精確給定，所以該方法主要用于簡(jiǎn)單快速查看趨勢(shì)性結(jié)果。

幸運(yùn)的是，默認(rèn)的分析設(shè)置將自動(dòng)使這些溫度在求解開(kāi)始時(shí)相等。 穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)收斂準(zhǔn)則：如前所述，非線性方程組的求解需要迭代策略。有效的迭代策略依賴(lài)于收斂準(zhǔn)則和誤差估計(jì)。收斂準(zhǔn)則提供了相對(duì)于預(yù)定的可接受水平的計(jì)算誤差度量方法。對(duì)于在求解過(guò)程中的每一次迭代，計(jì)算誤差大小并與預(yù)設(shè)的容差進(jìn)行比較。在MSC Nastran,誤差度量基于溫度、載荷和能量三種收斂準(zhǔn)則。這些判據(jù)適用于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)解。

，溫度需要擴(kuò)散（擴(kuò)散速度和熱擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)），隨著時(shí)間的流逝，溫度分布是變化的，這個(gè)過(guò)程就是瞬態(tài)過(guò)程，最終溫度分布會(huì)達(dá)到穩(wěn)定即穩(wěn)態(tài)。

在仿真案例中，將一個(gè)簡(jiǎn)單的球體放置在典型的硅材料太陽(yáng)能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達(dá)板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對(duì)流，僅研究輻射效應(yīng)。目標(biāo)觀察由于一個(gè)發(fā)熱物體的輻射作用，太陽(yáng)能電池板上的熱流密度和溫度分布。步驟1.

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(lài)性”理論，而是通過(guò)“汽車(chē)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(lèi)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

3.定義部件的材料屬性，此處示例使用的是鋼，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)需根據(jù)真實(shí)材料設(shè)置參數(shù)。 4.導(dǎo)入模型，其效果如圖所示。 5.分配材料至幾何體。6.在模型上施加相關(guān)的熱邊界條件，如圖 2 所示。 7.求解該模型，然后將本次分析結(jié)束時(shí)刻或每個(gè)時(shí)間步的溫度作為初始體溫度輸入到瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中（如圖 3 所示）。

求解熱邊界條件引起的熱分析。 步驟2. 解決熱載荷引起的下游結(jié)構(gòu)分析。 由于運(yùn)行載荷而在一些嵌入式金屬跡線上產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致整個(gè)PCB的溫度梯度。梯度會(huì)導(dǎo)致PCB在操作期間變形，并引起熱應(yīng)力和應(yīng)變。 建模 用于穩(wěn)態(tài)熱分析的模型使用ANSYS Mechanical創(chuàng)建，生成初始網(wǎng)格的單元： • 表示小銅通孔的線體用LINK33劃分網(wǎng)格。

進(jìn)階設(shè)定 (Advanced Setting) 模具嵌件與熱澆道金屬的溫度設(shè)定能在模具嵌件初始溫度（mold insert initial temperature）的設(shè)定頁(yè)面中進(jìn)行設(shè)定。

該工具可在不同溫度下設(shè)置系統(tǒng)的多重結(jié)構(gòu)，以允許分析性能隨熱變化而引起的變化。但是，該熱分析工具有一定的局限性。首先，分析中假設(shè)在整個(gè)元件上指定的溫度是均勻的；其次，分析將僅基于材料的CTE，以線性方式模擬熱膨脹和熱收縮情況。這是一種非常簡(jiǎn)化的方法，沒(méi)有考慮光學(xué)元件中的溫度梯度分布所導(dǎo)致的性能下降。

準(zhǔn)備瞬態(tài)熱分析時(shí)需要注意的事項(xiàng)：? 如果突出顯示瞬態(tài)熱對(duì)象下的初始溫度對(duì)象，會(huì)注意到在詳細(xì)信息視圖中，只讀顯示初始溫度和初始溫度環(huán)境。一般來(lái)說(shuō)，初始溫度可以是：– 統(tǒng)一溫度：可以在其中指定結(jié)構(gòu)中所有物體的溫度=0，或 – 非均勻溫度：（如本例所示）在其中導(dǎo)入溫度規(guī)范 在時(shí)間=0 時(shí)，來(lái)自穩(wěn)態(tài)分析。 ? 初始溫度環(huán)境來(lái)自您剛剛執(zhí)行的穩(wěn)態(tài)熱分析。

網(wǎng)格劃分ANSYS會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建模型與模型之間的接觸關(guān)系為綁定，本案例接觸關(guān)系均為綁定。執(zhí)行網(wǎng)格自動(dòng)化分，點(diǎn)擊Mesh并右鍵選擇General Mesh，即可完成網(wǎng)格劃分，提高網(wǎng)格劃分質(zhì)量也可以通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格尺寸進(jìn)行修改。1.5. 邊界條件設(shè)置設(shè)置環(huán)境溫度為22℃，設(shè)定CPU、RAM以及RAM2的表面發(fā)熱功率為10W。設(shè)定如下圖所示。設(shè)定PCB板及元器件的散熱率為3e-5W/mm2℃。

第一種材料：第二種材料：第三種材料：二、施加載荷 點(diǎn)擊初始值 1：溫度默認(rèn)單位 K，可修改為℃； 熱絕緣 1：默認(rèn)選擇所有邊界； 右鍵“固體傳熱”，添加溫度，邊界選擇輸入載荷的區(qū)域； 左側(cè)溫度右側(cè)溫度上下兩側(cè)熱絕緣三、穩(wěn)態(tài)計(jì)算 點(diǎn)擊“研究”開(kāi)始計(jì)算，仿真完成后，結(jié)果下面自動(dòng)出現(xiàn)“溫度”；點(diǎn)擊溫度

接下來(lái)進(jìn)行條件設(shè)置，設(shè)置初始溫度為20℃，添加內(nèi)部生成熱，選擇3個(gè)IGBT給定數(shù)值。2×10-5W/mm3，設(shè)置對(duì)流；再次添加內(nèi)部生成熱，選擇3個(gè)IGBT給定數(shù)值。2×10-5W/mm3，設(shè)置對(duì)流；對(duì)其進(jìn)行求解，溫度求解云圖如圖4。穩(wěn)態(tài)熱模塊下云圖顯示結(jié)果為：8個(gè)電容的最大溫度為56.897℃，3個(gè)IGBT的最大溫度為56.1℃，不通水的水冷板僅靠鋁材本身散熱的溫度為55～56℃。

進(jìn)階設(shè)定 (Advanced Setting)模具嵌件與熱澆道金屬的溫度設(shè)定能在模具嵌件初始溫度（mold insert initial temperature）的設(shè)定頁(yè)面中進(jìn)行設(shè)定。