一.多物理場(chǎng)耦合分析的必要性

你是否曾經(jīng)碰到過你的模型受到兩個(gè)或者更多物理因素影響的情況嗎？這些物理因素不僅會(huì)相互影響，還會(huì)影響計(jì)算結(jié)果。

這時(shí)多物理場(chǎng)分析就有用了。在解決多物理場(chǎng)影響的工程問題時(shí)，多物理場(chǎng)耦合分析是必要的。

舉個(gè)例子:

考慮一個(gè)攪拌摩擦焊過程。這是一個(gè)瞬態(tài)的熱-結(jié)構(gòu)過程，具體細(xì)節(jié)如下：

1.需要預(yù)測(cè)焊具和工件之間由于摩擦產(chǎn)生的溫度上升情況。

2.溫度要保持在熔點(diǎn)的70%-90%以下。

3.仿真通過三個(gè)步驟進(jìn)行：插入、停留和橫移。

4.當(dāng)冷卻下來以后，會(huì)在兩個(gè)板之間形成一個(gè)堅(jiān)固連接。

5.在接觸面指定一個(gè)粘合溫度，來模擬焊具的焊接過程。(當(dāng)工件接觸地方的溫度超過粘合溫度，接觸狀態(tài)從“分開”變?yōu)椤罢澈稀薄?

二. 多物理場(chǎng)耦合分析方法的種類

多物理場(chǎng)耦合分析方法包括所有相關(guān)物理場(chǎng)的自由度求解和考慮所有邊界條件。

你可以在Ansys Mechanical求解中找到如下耦合物理場(chǎng)：結(jié)構(gòu)、溫度、電、磁和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。此外，Mechanical中有兩種物理場(chǎng)耦合種類：順序耦合也稱弱耦合、直接耦合也稱強(qiáng)耦合。

順序耦合：

1.將一個(gè)分析結(jié)果作為另一個(gè)分析的邊界條件或載荷，以此將兩個(gè)或者更多分析耦合起來。

2.按照物理場(chǎng)分析順序求解。

直接耦合：

1.為了求解一個(gè)耦合場(chǎng)問題，一個(gè)分析包含所有必要的自由度。

2.同時(shí)求解所有物理場(chǎng)。

3.需要使用耦合場(chǎng)單元。

三. 溫度場(chǎng)和電場(chǎng)屬性

四. 總結(jié)

1.耦合場(chǎng)可以解決受2個(gè)或者更多的物理場(chǎng)影響的工程問題。

2.Mechanical只能進(jìn)行溫度-電場(chǎng)穩(wěn)態(tài)分析，至于瞬態(tài)分析，則需要APDL命令。

3.溫度和電勢(shì)的強(qiáng)耦合分析會(huì)出現(xiàn)賽貝克效應(yīng)。

4.溫度和電勢(shì)的弱耦合分析會(huì)出現(xiàn)Peltier效應(yīng)和焦耳效應(yīng)，因此你需要將其轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)耦合分析。

五.視頻演示

這個(gè)視頻為電流過載下的穩(wěn)態(tài)分析。視頻中，30A的過載電流通過額定電流為10A的保險(xiǎn)絲。過載電流會(huì)使溫度適度升高，該過程是溫度場(chǎng)-電場(chǎng)雙向耦合的，并最終在Workbench進(jìn)行溫度-應(yīng)力分析。如果你施加短路電流(1000A)，保險(xiǎn)絲的溫度很快升高，則會(huì)很容易超過保險(xiǎn)絲材料的熔點(diǎn)(銅:1034℃)。