耦合场分析 ppt课件

格式：ppt
大小：441.50 KB
文档页数：32

下载文档原格式

《耦合理论》课件

有限差分法
总结词
有限差分法是一种将偏微分方程离散化为差分方程的方法。
VS
详细描述
有限差分法通过将连续的时间和空间变量离散化为有限个离散点，并使用差分近似代替微分，将偏微分方程转化为离散的差分方程组。然后，使用迭代或其他数值方法求解该差分方程组，以获得近似解。
谱方法
总结词
谱方法是一种基于傅里叶级数或其它正交多项式展开的数值方法。
详细描述
在电路中，耦合现象通常表现为信号的传递和干扰。例如，变压器、电感和电容等元件之间存在电磁耦合，这些耦合会导致信号的传输和能量的损失。为了减小耦合效应，工程师需要合理地设计电路布局和元件参数，
以优化电路性能。
建筑结构的耦合分析
总结词
建筑结构的耦合分析是指将结构视为一个整体，分析其各组成部分之间的相互作用和影响。
02
根据影响和作用的范围，耦合可以分为局部耦合和全局耦合。局部耦合是指影响和作用仅限于系统或组件的局部范围，而全局耦合则是指影响和作用遍及整个系统或组件。
03
根据影响和作用的稳定性，耦合可以分为稳定耦合和不稳定耦合。稳定耦合是指影响和作用在长时间内保持稳定，而不稳定耦合则是指影响和作用随时间变化而变化。
时空耦合模型是指系统中各部分之间的相互作用关系不仅与它们的状态变量有关，还与时间和空间有关。
时空耦合模型在气候变化、地震预测和城市规划等领域有广泛应用，例如气候模式和城市交通网络等。
在时空耦合模型中，各部分之间的相互作用力不仅与它们的状态变量成正比，还与时间和空间有关，因此系统状态的演化是时空相关的。
耦合的应用场景
01
在通信系统中，耦合可以被用于描述信号传输过程中的能量损失和干扰现象。

ANSYS耦合场分析_热应力

例如: 如果结构网格包括在热模型中不存在的圆角时，许多节点将落在热模型的外面。如果圆角足够大而且热模型足够细致，圆角区域的载荷将不能写出。
10-15
基本过程
在热-应力分析中，由温度求解得到的节点温度将在结构分析中用作体载荷。当在顺序求解使用手工方法时将热节点温度施加到结构单元上有两种选项。选择的原则在于结构模型和热模型是否有相似的网格划分:
如果热和结构的单元有相同的节点号码. . .
1
• 热模型自动转换为结构模型，使用 ETCHG 命令(见相应单元表格)。 • 温度可以直接从热分析结果文件读出并使用LDREAD 命令施加到结构模型上。
10-3
直接方法 - 例题
在第七章对流部分中，介绍了FLUID66和FLUID116热—流单元。该单元具有热和压力自由度，因此是直接耦合场单元。
ANSYS有一些其他的耦合单元，具有结构，热，电，磁等自由度。绝大多数的实际问题只涉及到少数几个物理场的耦合。这里提供了几个涉及到热现象的直接耦合场分析。
• 不同场之间使用统一的单位制。例如，在热-电分析中，如果电瓦单位使用瓦(焦耳/秒)，热单位就不能使用Btu/s。
• 由于需要迭代计算，热耦合场单元不能使用子结构。
10-6
直接方法 - 加载, 求解, 后处理
在直接方法的加载，求解，后处理中注意以下方面： • 如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话： – 瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。 – 瞬态电效果(电容，电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度被激活)。 – 带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带有标量势自由度的单元只能模拟静态现象(SOLID5)。 • 学习每种单元的自由度和允许的载荷。耦合场单元允许的相同位置(节点,单元面等)施加多种类型的载荷 (D, F, SF, BF) 。 • 耦合场分析可以使高度非线性的。考虑使用Predictor 和 Line Search 功能改善收敛性。 • 考虑使用Multi-Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中。

耦合场分析指南第一章

1-5
1.4 GUI路径及命令语言
ANSYS耦合场分析指南
贯穿于本手册，你将会看到对ANSYS命令及其相应GUI路径的引用。这种引用只是针对命令的名称，因为不必总是需要指定命令所有变量，指定命令变量的组合执行不同的功能。对完整的ANSYS 命令的语法，查询《ANSYS Commands Reference》。
1.3 单位制
在ANSYS中应确保你所输入所有数据单位制的统一。可以使用任何单位制。对电磁场分析，参见《ANSYS Commands Reference》中EMUNIT命令对于自由空间中磁导率和介电常数设定的更多信息。
对微电机械系统（MEMS），用更合适的单位制建立模型会更加方便，因为MEMS部件通常大小为几微米。为方便，表1-1到1-8列出从标准的MKS转换到µMKSV 及µMSVfA及的转换系数。
F/m
[1]
能量
J
电容
F
电场
电通量密度
V/m C/(m)2
量纲
A (kg)(m)2/(A)(s)3
(A)(s) (A)2(s)3/(kg)(m)3 (Kg)(m3/(A)2(s)3 (A)2(s)4/(kg)(m)3
(kg)(m)2/(s)2 (A)2(s)4/(kg)(m)2 (kg)(m)/(s)3(A)
当耦合场之间的相互作用是高度非线性的，直接耦合具有优势。它使用耦合变量一次求解得到结果。直接耦合的例子有压电分析，流体流动的共轭传热分析，电路－电磁分析。这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。
参见本手册中第五章关于声学的更多信息。参见《ANSYS Basic Analysis Guide》中关于加载的更多信息。
109

(整理)耦合分析

耦合分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。

例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用：它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题，反之亦然。

其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析，热-电耦合分析，流体-结构耦合分析，磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等。

耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用，但是，耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。

序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析。

它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的耦合的。

例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为“体力”载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的。

直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。

在这种情形下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。

例如利用单元SOLID5，PLANE13，或SOLID98可直接进行压电分析。

流-固耦合分析主要用于解决流体(含气体)与结构之间的相互作用效应。

包括: 流-固耦合法、水弹性流体单元法、虚质量法。

（1）流-固耦合法流-固耦合法广泛用于声学和噪音控制领域中,如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究等。

分析过程中,利用直接法和模态法进行动力响应分析。

流体假设是无旋的和可压缩的, 分析的基本控制方程是三维波方程, 二种特殊的单元可被用来描述流-固耦合边界。

(噪)声学载荷由节点的压力来描述, 其可以是常量, 也可以是与频率或时间相关的函数, 还可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。

由不同的结构件产品的噪声影响结果可被分别输出。

（2）水弹性流体单元法该方法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。

《NMRJ自旋耦合》课件

际操作
实验设备与材料
01
核磁共振成像仪
用于检测样品中的原子核自旋磁矩。
射频脉冲发生器
用于产生射频脉冲，以操纵原子核自旋。
03
02
样品
需要被检测的物质，通常为液体或固体。
接收器
用于检测射频信号，并将信号转换为可观察的图像。
04
实验步骤与操作
安装样品
将样品放入核磁共振成像仪的样品管中。
NMRI自旋耦合技术也被用于研究超导材料的电子结构和磁性质。通过测量自旋耦合参数的变化，可以深入了解超导材料的物理性质和机制。
在化学领域的应用
有机化合物结构鉴定
自旋耦合技术广泛应用于有机化合物的结构鉴定。通过测量不同自旋核之间的耦合常数，可以推断出分子中化学键的类型和连接方式，从而确定化合物的结构。
特性
具有高灵敏度、高分辨率和高信噪比等优点，广泛应用于生物医学、化学和物理学等领域。
NMRI自旋耦合的重要性
生物医学应用
用于研究生物分子结构和功能，如蛋白质、核酸和细胞等，有助于深入了解生命过程和疾病机制。
化学研究
用于研究分子结构和化学反应机理，有助于设计新药物和催化剂，优化化学合成路线。
要点二
结果分析
根据实验结果，分析样品的性质和结构，并得出结论。
THANKS
感谢观看
《nmrj自旋耦合》ppt课件
contents
目录
• NMRI自旋耦合基本概念 • NMRI自旋耦合的应用 • NMRI自旋耦合的研究进展 • NMRI自旋耦合的实际操作
01
NMRI自旋耦合基本概念
定义与特性
定义
NMRI自旋耦合是指不同自旋体系之间的相互作用，通过磁场和射频场实现信息传递和检测。

有限元-其它分析-正式课件

4. 选择OK
1.选择将
3.不打开Allow defeaturing（
要输入的SAT 文件.
推荐）如果想进行标准的建模操作和布尔操作，则关掉 Allow Refeaturing，否则，打开Allow Refeaturing 使模型简化工具可用（仅提供有限的建模操作和布尔操作）
2. 选择几何体类型: – 对体选择Solids – 对面选择Surfaces – 对线选择Wireframes
IGES输入选项和工具（续）
Marge间隙，建立实体模型，删除小面
ANSYS 输入 IGES 文件选项，自动 Merge 间隙，删除小面，建立实体
IGES输入过程
Objective
1-3. .
输入IGES模型
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure

输入IGES模型的菜单路径: Utility Menu: File > Import > IGES...
谢谢！
Pro/E输入过程
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
输入Pro/E模型: Utility Menu: File > Import > Pro/E...
4. 单击 OK.
3. 不打开Allow Defeatuning
1. 选择将
要输入的Pro/E 文件.
（建议）如果想进行标准的建模操作和布尔操作，则关掉 allow refeaturing，否则，打开 allow refeaturing 这将使模型简化工具可用。（注意：仅提供有限的建模操作和布尔操作）
IGES输入选项和工具
拓扑修复工具可用的修复工具:

某电机多物理场耦合分析

某电机多物理场耦合分析电机多物理场耦合分析是指在电机工作过程中，考虑多个物理场之间的相互作用，综合分析电磁场、热场、结构场等多个物理场之间的耦合关系。

电机作为一种能够将电能转换为机械能的设备，在其运行过程中会受到电磁力、热能损失、结构强度等多种因素的影响，要准确地分析和理解电机的工作原理和性能特征，就需要对电机的多物理场耦合进行详细的分析和研究。

首先，电磁场与热场的耦合分析是电机多物理场耦合分析的核心内容之一、电机通过电磁场的作用来实现能量转换，而电磁场的产生和分布与电机内部的热量产生和分布有密切关系。

在电机工作过程中，电流通过线圈产生磁场，线圈本身的电阻会产生热量，而电机的热量又会影响电流的分布和线圈的磁场特性。

因此，对电机电磁场和热场之间的耦合关系进行分析和研究，对于提高电机的效率和性能具有重要意义。

其次，电机的结构场和热场之间的耦合分析也是电机多物理场耦合分析的一个关键问题。

电机的结构特性和材料的热导率等因素会影响电机内部热量的传导和分布，从而对电机的热场特性产生影响。

另一方面，电机在工作过程中会受到机械应力的作用，机械应力会导致电机的结构变形和应力集中，从而影响电机的热场分布和热传导特性。

因此，通过对电机的结构场和热场之间的耦合关系进行分析和研究，可以更好地理解电机的机械性能和热特性。

最后，电磁场与结构场的耦合分析也是电机多物理场耦合分析的重要内容之一、电机在工作过程中会受到电磁力的作用，而这些力会导致电机的结构变形和结构应力的分布。

另一方面，电机的结构特性和结构材料的性质也会影响电机的电磁场特性和电磁场分布。

因此，通过对电机的电磁场与结构场之间的耦合关系进行分析和研究，可以更准确地预测电机的机械特性和电磁特性。

综上所述，电机多物理场耦合分析是一项复杂而又关键的研究内容，可以从电磁场与热场的耦合分析、电机的结构场与热场之间的耦合分析以及电磁场与结构场的耦合分析等多个角度来进行研究和分析。

ANSYS多物理耦合场有限元分析

ANSYS热分析
第28页/共99页
打开控制
打开控制
ANSYS热分析
第29页/共99页
阶跃还是渐变?
阶跃渐变
ANSYS热分析
第30页/共99页
阶跃还是渐变? (续)
要模拟阶跃载荷，将载荷在很短的时间内渐变施加到全值，然后在后续载荷步中保持不变。
问题: 对茶壶进行瞬态热分析。在底上施加热流模拟炉子的加热。热流载荷应该是阶跃的还是渐变的如果 . . .1. 茶壶在一个刚燃着的炉子上2. 茶壶载一个已经很热的炉子上
热-结构: 透平机叶片部件分析
结构-热耦合分析
第39页/共99页
间接方法 - 例题(续)
热-电: 嵌于玻璃盘的电热器
嵌于玻璃盘的电热器中有电流。这使得电线中有焦耳热产生。
结构-热耦合分析
第40页/共99页
间接方法 - 过程
在ANSYS中由两个基本方法进行序贯耦合场分析。它们主要区别在于每个场的特性是如何表示的:物理环境方法 - 单独的数据库文件在所有场中使用。用多个物理环境文件来表示每个场的特性。手工方法 - 多个数据库被建立和存储，每次研究一种场。每个场的数据都存储在数据库中。在下面我们将对每种方法和其优点加以讨论。
ANSYS热分析
第31页/共99页
什么是耦合场分析?
耦合场分析考虑两个或两个以上的物理场之间的相互作用。这种分析包括直接和间接耦合分析。
直接耦合直接方法
下表列出了ANSYS中可以用作直接耦合分析的单元类型。不是所有单元都有温度自由度。
结构-热耦合分析
第32页/共99页
什么是耦合场分析? (续)结构-热耦合分析源自第37页/共99页间接方法
间接方法用于求解间接耦合场问题。它需要连续进行两个单场的分析(而不是同时)，第一种分析的结果作为第二种分析的载荷。如:

多场耦合(共188张PPT)

大坝突然溃决，当时库水位为 100.12m。洪水出峡谷后流速仍达 20km/h，下游 12km处 Frejus 城镇部分被毁，死亡 421 人，财产损失达 300 亿法郎。
导致如此重要的灾害主要由忽略裂隙岩体渗流及水力耦合问题。
3
第三页，共188页。
法国Malpasset 拱坝主要地质结构图
第四页，共188页。
1、坝基为片麻岩，
片理倾角在30°-50°之
间，倾向下游
偏右岸。较大的片理中部充填糜棱岩。 2、坝址范围内有两条
主要断层。一条为近
东西向的F1 断层，倾角45°，倾向上游。断层带内充填含粘土的角砾岩，宽度80cm。另一条为近南北向的F2 , 倾向左岸，倾角70°80°
岩体力学的发展
• 1、首先，20世纪50年代以Muller为代表的奥地利学派提出
了结构面对岩石力学特性和岩体稳定性起控制作用的思想，其后以谷德振为代表的中国学者提出了岩体结构新概念及岩体结构控制岩体稳定性的观点，并逐步形成了以“结构面和岩体结构”为核心的岩体工程地质力学理论；
13
第十三页，共188页。
般未受工程作用的岩体而言的；
• “深部岩体”:则相对于一般浅表岩体，强调的是岩体赋
存的深部物理地质环境以及这一环境中特殊的岩体力学性质。
29
第二十九页，共188页。
复杂岩体概念的总结
• 一、是指具有复杂地质特征并赋存于复杂地质环境中的岩体；
• 二、是指具有复杂力学特性(变形、强度、渗流)的岩体； • 三、是指具有复杂工程性质的岩体，尤其指在复杂条件
在力学特性上:
•
岩体是不连续(discontinuous)、非均匀 (inhomogeneous)、

耦合场分析

精品课件
8
Airfoil Platform
Root
间接方法 - 例题
下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方法进行分析的例子:
热-结构: 透平机叶片部件分析
叶片和盘中的温度会产生热膨胀应变。这会显著影响应力状态。
由于应变较小，而且接触区域是平面对平面的，因此温度解不用更新。
Disk Sector
这种分析又叫做热应力分析。这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描述。
精品课件
9
间接方法 - 例题(续)
热-电: 嵌于玻璃盘的电热器
嵌于玻璃盘的电热器中有电流。这使得电线中有焦耳热产生。
由于热效应，电线和盘中温度增加。由于系统的温度变化不大，热引起的电阻变化被忽略。因此，电流也是不变的。
精品课件
6
直接方法 - 加载, 求解, 后处理
在直接方法的加载，求解，后处理中注意以下方面：
• 如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话：
– 瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。 – 瞬态电效果(电容，电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度被激
活)。 – 带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带
ANSYS有一些其他的耦合单元，具有结构，热，电，磁等自由度。绝大多数的实际问题只涉及到少数几个物理场的耦合。这里提供了几个涉及到热现象的直接耦合场分析。
热—结构: 热轧铝板
铝板的温度将影响材料弹塑性特性和热应变。
机械和热载荷使得板产生大应变。新的热分析必须计入形状改变。
精品课件
4
直接方法 - 例题 (续)
Chapter 10

第20章热应力耦合分析ansys教程PPT精选课件

b. 选择热分析的结果文件，以rth为扩展名 c. 单击OK
20.4 间接耦合的分析过程(续)
9.画图核定温度 a. PlotCtrls> Symbols. b. Choose None in Boundary
Cond. Symbol c. Turn “body load symbol” to
“structural temps” d. Choose Do not replot 10.指定载荷步选项 Main Menu: Solution 在每个对话框中输入对应值 11.开始求解 Main Menu: Solution
3.求解并查看热分析结果和结构分析结果
热分析
结构分析
合并的
jobname.rst
20.6 间接耦合和直接耦合的比较
❖ 间接耦合 ✓ 对不是高度非线性的耦合
情况, 间接方法更有效，更灵活，因为可以相互独立地执行两种分析 ✓ 在间接热-应力分析中，例如，在非线性瞬态热分析之后可以紧接着进行线性静力分析。然后可以把热分析中任意荷载步或时间点的节点温度作为应力分析的载荷
3.删除热载荷，并将分析从热分析转换到结构分析 Main Menu: Preferences a.选择结构分析。 b.单击OK。注意：如果在开始分析时没有明确指定热分析，则
不需要转换分析类型。
20.4 间接耦合的分析过程(续)
4.将单元类型从热分析转换到结构分析 Main Menu: Preprocessor > Element Type > Switch
20.4 间接耦合的分析过程(续)
8.施加结构载荷并包括温度作为加载的一部分
Main Menu: Solution > -Load- Apply > Structure- Temperature > From Therm Analy

《耦合场分析》课件

耦合场的存在使得各个物理场之间不再是独立的，而是相互依存、相互制约的关系。
耦合场的分类
根据耦合方式的不同，耦合场可以分为线性耦合场和非线性耦合场。线性耦合场是指各个物理场之间的相互作用关系可以用线性方程来描述；非线性耦合场则是指相互作用关系是非线性的。
根据物理场的类型，耦合场可以分为多物理场耦合和多介质耦合。多物理场耦合是指多个不同类型的物理场之间的耦合；多介质耦合则是指不同介质之间的相互作用和影响。
。
边界条件和初始条件
描述不同媒质交界面的电磁场行为。
初始条件用于确定初始时刻的电磁场状态。
边界条件和初始条件是耦合场分析中必须考虑的重要因素。
数值计算方法
通过数值计算方法，可以求解耦合场分析中的方程。常用的数值计算方法包括有限差分法、有限元法、边界元法等。
这些方法能够处理复杂的几何形状和媒质属性，为耦合场分析提供了有效的工具。
磁场与力场的耦合分析有助于理解磁场对力的影响以及力对磁场的影响。在电机设计、磁悬浮系统以及磁场传感器等领域，通过耦合场分析可以优化磁场分布，提高系统性能和稳定性。
声场与流场的耦合分析
总结词
声场与流场之间的耦合关系在航空航天、流体机械和环境工程等领域具有重要意义。
详细描述
声波在流体中传播时，会受到流体的影响，同时流体运动也会受到声波的作用。通过声场与流场的耦合分析，可以研究声波对流体流动的影响以及流体流动对声波传播的影响。在航空航天、流体机械和环境工程等领域，这种耦合关系对设备的性能和安全性具有重要影响。
05
CATALOGUE
耦合场分析的未来发展
多物理场耦合的深入研究
1
深入研究多物理场之间的相互作用机制，提高耦合场分析的精度和可靠性。

ANSYS磁场耦合场分析

单元每个节点不仅包含了磁自由度，而且包含位移和温度自由度，可在单元类型选项中选择自由度
单元类型自由度的选择
5-3
三维汇流排变形
• 在三维模拟实例中采用三维汇流排，确定排的变形
• 汇流排模型，由于电流同方向，位移为Z方向，朝着对称平面
两个汇流排“角形”组件
电流方向
5-4
• 需要先前的磁场分析结果 • 如果没有汇流排的磁场分析结果，必须重新分析得到 • 输入命令angle3d,1,1，这将进行求解汇流排单元Lorentz 力的磁场分
析
5-5
• 利用磁场分析中生成的力进行结构分析，则单元类型必须转换到结构单元类型: solid45 Preproc>element type>add/edit/delete
选择6，这是汇流排的单元类型
• 选择 ADD
5-6
• 把单元类型6定义为三维结构单元
输入6与汇流排相对应 • 选择 OK • 定义了结构单元类型后，结构自由度被激活。静力学分析所要求的材料性质为弹性模量EX (N/m2) 。
因为只有一种结果，此处为“空”就可以读入正确结果
• 选择 OK
对于没有电路单元的磁场分析，缺省的结果文件为file.rmg
5-9
• 力的分量如图所示，箭头长度相应于力的大小
利用PlotCtrls中的符号和边界条件控制项来控制力的符号显示
5-10
• 其边界条件用来约束汇流排“角形”组件 Preproc>loads>apply>-structural-displacements>on lines
• 在“角形”组件的三个地方加结构约束条件
5-11
• 利用PlotCtrls中的缩放控制来辅助选择感兴趣区域的线段

耦合场理论分析方法与数值仿真

耦合场理论分析方法与数值仿真
耦合场理论是一种应用于多物理场问题的理论模型，它可以描述不同物理场之间相互作用和影响的情况。

在实际工程和科学研究中，很多问题都需要考虑多个物理场的耦合效应，例如电磁场与热场耦合、流体力学与结构力学耦合等。

正确地理解和应用耦合场理论可以帮助我们解决这些问题。

在应用耦合场理论进行问题分析时，通常需要采用一定的数值方法和仿真技术。

数值方法可以将耦合场问题转化为一个离散形式的问题，通过计算机进行求解。

常用的数值方法包括有限元法、有限差分法等。

有限元法是一种常用的数值方法，它将连续的物理场离散化为有限个节点和单元，并通过在节点上建立插值函数来近似物理场。

通过建立单元之间的相互关系，可以得到一个联立方程组，通过求解这个方程组可以得到离散化后的物理场的分布。

有限差分法则是另一种常用的数值方法，它将物理场离散化为有限个网格点，并使用差分格式将微分方程转化为代数方程。

通过求解这些代数方程，可以计算出网格点上的物理场的值。

在实际的数值仿真过程中，为了减小计算误差和提高计算效率，通常需要进行网格划分、时间步长选择、边界条件的设定等操作。

此外，还需要对求解过程中的误差进行控制和评估，以保证模拟结果的可靠性。

总之，耦合场理论、分析方法和数值仿真是解决多物理场问题的重要工具。

通过正确地应用这些理论和方法，可以解决实际工程和科学研究中遇到的复杂耦合场问题，提高问题分析的准确性和效率。

《热应力耦合分析》课件

多尺度热应力耦合分析的挑战
01
多尺度热应力耦合分析是当前研究的热点和难点，涉及从微观到宏观多个尺度的耦合。
02
多尺度热应力耦合分析需要考虑不同尺度之间的相互作用和传递机制，建立有效的多尺度模型和算法。
03
多尺度热应力耦合分析需要解决不同尺度之间的数据转换和匹配问题，以确保模拟结果的准确性和可靠性。同时，多尺度热应力耦合分析还需要解决计算效率和精度之间的平衡问题，以满足实际工程应用的需求。
界条件的问题。
PART 04
热应力耦合分析的案例研究
案例一：汽车发动机的热应力耦合分析
总结词
汽车发动机的热应力耦合分析是热应力耦合分析的重要应用之一，通过对汽车发动机的热应力进行耦合分析，可以优化发动机的设计，提高发动机的性能和可靠性。
详细描述
汽车发动机在工作过程中，由于高温和机械应力的作用，会产生热应力和机械应力。通过对这些应力的耦合分析，可以了解发动机的工作状态和疲劳寿命，优化发动机的结构
材料非线性和非均匀性的考虑
材料非线性和非均匀性是热应力耦合分析中需要考虑的重要因素，对模拟结果的准确性和可靠性有重要影响。
随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，其非线性和非均匀性更加显著，对热应力耦合分析提出了更高的要求。
考虑材料非线性和非均匀性需要深入研究材料的微观结构和性能，建立更为精确的模型和算法，以适应各种复杂材料的模拟需求。
PART 05
热应力耦合分析的未来发展与挑战
高性能计算技术的发展
高性能计算技术为热应力耦合分析提供了强大的计算能力，可以模拟更大规模、更复杂的系统。
随着计算技术的不断发展，热应力耦合分析的精度和效率将得到进一步提升。

耦合场分析方法简介、理论、分析方法与数值仿真

单向非双向、考虑作用但非相互作用与影响
并非真正的耦合，意义？
➢ 实际上我们熟悉了太多这样的问题：温度应力问题、早期的电磁
耦合场分析结构变形分析、小变形、低温、低频、低电磁场下结构分析等…
物理或变形场 1
物理场 2
耦合场分析物理场方3 法简介、 …… 理论、分析
例：结构-热分析
温度场分析
热载荷
结构变形场分析
数学描述（以两个场耦合为例）
➢ 物理或力学变形场1：
输入初始值： 0
场变量u
1[u ]f(φ )
➢ 物理或力学变形场2：
获得场1的解： ui
作为初始值输入
场变量
耦合场[φ 分]析g(u)
讲授内容是一些具有典型的文章资料
（包括我自己的相关专题的研究经历）
学生个人阅读主要是提供的资料 + 个人从事的耦合问题的内容 + 个人感兴趣的耦合场方向；
课程成绩耦合场分析（2部分组成＝平时考方勤法+ 期简末介－、－以提交课程报告的方式）
理论、分析
引言
多场耦合问题：(Muti-fields coupling problem)
方法简介、获得场2的解： 1
理论、分析
直接耦合方法
两场或更多场的同时求解，以获得耦合场的解。
物理或变形场 1
+
物理场 2
+ 耦合场分析
物理场方3法简介、 ……理论、分析
耦合场的解
数学描述（以两个场耦合为例）
➢ 物理或力学变形场1：
场变量u
➢ 物理或力学变形场2：场变量
1[u ]f(φ )
[φ]g(u)
耦合场分析方法简介、理论、分析方

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

热-电磁场: 钢芯的热传递
传导线圈在钢芯周围产生电磁场。该区域的交变电流在钢芯内产生焦耳热。钢芯在热作用下产生高温，由于温度变化梯度很大，因此必须考虑钢芯材料特性随温度的变化。而且，磁场变化的强度和方向都会改变。
象这种电磁场谐波分析，只要得出磁向量势{A}，就能计算出电流密度向量{J}。它用来计算下式中的焦耳热:
是同时)，第一种分析的结果作为第二种分析的载荷。如:
许多问题需要热到结构的耦合(温度引起的热
热
结构
膨胀)
但反之不可
结构到热耦合是可以忽略的(小的应变将不对
初始的热分析结果产生影响)
热
结构
在实用问题中，这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用的是单场单元，不用进行多次迭代计算。
ppt课件
10-8
ANSYS有一些其他的耦合单元，具有结构，热，电，磁等自由供了几个涉及到热现象的直接耦合场分析。
热—结构: 热轧铝板
铝板的温度将影响材料弹塑性特性和热应变。
机械和热载荷使得板产生大应变。新的热分析必须计入形状改变。
ppt课件
10-4
直接方法 - 例题 (续)
ppt课件
10-10
间接方法 - 过程
在ANSYS中由两个基本方法进行序贯耦合场分析。它们主要区别在于每个场的特性是如何表示的:
物理环境方法 - 单独的数据库文件在所有场中使用。用多个物理环境文件来
表示每个场的特性。
手工方法 - 多个数据库被建立和存储，每次研究一种场。每个场的数据都存
储在数据库中。
10-9
间接方法 - 例题(续)
热-电: 嵌于玻璃盘的电热器
嵌于玻璃盘的电热器中有电流。这使得电线中有焦耳热产生。
由于热效应，电线和盘中温度增加。由于系统的温度变化不大，热引起的电阻变化被忽略。因此，电流也是不变的。
+V-
当电压{V}求解后，可以用于下式中求解焦耳热:
Qj
P
oweV r 2 R
• 不同场之间使用统一的单位制。例如，在热-电分析中，如果电瓦单位使用瓦(焦耳/秒)，热单位就不能使用Btu/s。
• 由于需要迭代计算，热耦合场单元不能使用子结构。
ppt课件
10-6
直接方法 - 加载, 求解, 后处理
在直接方法的加载，求解，后处理中注意以下方面：
• 如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话：
种类型的载荷 (D, F, SF, BF) 。 • 耦合场分析可以使高度非线性的。考虑使用Predictor 和 Line Search 功能改善收敛性。 • 考虑使用Multi-Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中。
ppt课件
10-7
间接方法
间接方法用于求解间接耦合场问题。它需要连续进行两个单场的分析(而不
Airfoil Platform
Root
间接方法 - 例题
下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方法进行分析的例子:
热-结构: 透平机叶片部件分析
叶片和盘中的温度会产生热膨胀应变。这会显著影响应力状态。
由于应变较小，而且接触区域是平面对平面的，因此温度解不用更新。
Disk Sector
这种分析又叫做热应力分析。这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描述。 ppt课件
下表列出了ANSYS中可以用作直接耦合分析的单元类型。不是所有单元都有温度自由度。
ppt课件
10-2
什么是耦合场分析? (续)
间接耦合分析是以特定的顺序求解单个物理场的模型。前一个分析的结果作为后续分析的边界条件施加。有时也称之为序贯耦合分析。
本分析方法主要用于物理场之间单向的耦合关系。例如，一个场的响应（如热）将显著影响到另一个物理场（如结构）的响应，反之不成立。本方法一般来说比直接耦合方法效率高，而且不需要特殊的单元类型。本章中我们只讨论涉及热的耦合现象。请注意并非所有ANSYS产品都支持所有
在下面我们将对每种方法和其优点加以讨论。
ppt课件
10-11
物理环境
为了自动进行序贯耦合场分析，ANSYS允许用户在一个模型中定义多个物理环境。一
个物理环境代表模型在一个场中的行为特性。物理环境文件是ASCII码文件，包括以下内容:
• 单元类型和选项
• 节点和单元坐标系
• 耦合和约束方程
在建立带有物理环境的模型时，要选择相容于所有物理场的单元类型。例如， 8节点的热块单元与8节点的结构块单元相容，而不与10节点结构单元相容:
– 瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。 – 瞬态电效果(电容，电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度被
激活)。 – 带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带
有标量势自由度的单元只能模拟静态现象(SOLID5)。 • 学习每种单元的自由度和允许的载荷。耦合场单元允许的相同位置(节点,单元面等)施加多
Qj RM PSow Im e22ra Rx
ppt课件
10-5
直接方法 - 前处理
在直接耦合场分析的前处理中要记住以下方面:
• 使用耦合场单元的自由度序列应该符合需要的耦合场要求。模型中不需要耦合的部分应使用普通单元。
• 仔细研究每种单元类型的单元选项，材料特性合实常数。耦合场单元相对来说有更多的限制(如, PLANE13不允许热质量交换而PLANE55单元可以, SOLID5不允许塑性和蠕变而SOLID45可以)。
Chapter 10
耦合场分析
(以热—应力为重点)
ppt课件
10-1
什么是耦合场分析?
耦合场分析考虑两个或两个以上的物理场之间的相互作用。这种分析包括直
接和间接耦合分析。
当进行直接耦合时, 多个物理场（如热—电）的自由度同时进行计算。这称为直接方法，适用于多个物理场各自的响应互相依
赖的情况。由于平衡状态要满足多个准则才能取得，直接耦合分析往往是非线性的。每个结点上的自由度越多，矩阵方程就越庞大，耗费的机时也越多。
耦合单元类型和分析选项。例如，ANSYS/Thermal产品只提供热—电直接耦合。详细说明参见Coupled-Field Analysis Guide。
ppt课件
10-3
直接方法 - 例题
在第七章对流部分中，介绍了FLUID66和FLUID116热—流单元。该单元具有热和压力自由度，因此是直接耦合场单元。