ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第19章-多物理场耦合分析.pdf

第 19 章 多物理场耦合分析 导言 本章首先对多物理场的概念进行简要介绍，并通过典型案例详细讲解了电磁热耦合的 操作步骤。 ANSYS Workbench 17.0 平台的优势在于可以很方便地进行多物理场耦合分析，通过简 单的拖动功能即可完成几何数据的共享及载荷的传递操作。 学习目标 ★ 了解多物理场的基本概念及Workbench平台的多物理场分析能力。 ★ 熟练掌握电磁热耦合的操作方法及操作过程。 19.1 多物理场耦合分析概述 在自然界 存在 4 种场 ：位移场 、电磁场 、温度场 、流场 。这 4 种场之 间是互相联系的， 现实世界不存在纯粹 的单场 问题，遇到的所有物理场 问题都是多物理场耦合 的，只是受到硬 件或者软件的 限制，人为地将它们分成单场现象 ，各自进行分析。有时这种分离是可以接受 的，但对于许多问题，这样计算将得到错误结果 。因此，在条件允许时，应该进行多物理场 耦合分析。 多物理场耦合分析是考虑两个或两个以上工程学科 （物理场 ）间相互作用的分析，例如流 体与结构的耦合分析（流固耦合 ）、电磁与结构耦合分析、 电磁与热耦合分析、热与结构耦合 分析、 电磁与流体耦合分析、流体与声学耦合分析、结构与声学耦合分析（振动声学）等。 以流固耦合为例，流体流动的压力作用到结构上，结构产生变形，而结构的变形又影响了 流体的流道 ，因此流固耦合是流体与结构相互作用的结果。 耦合分析总体来说分为两种：单 向耦合与双向耦合 。 单向耦合：以流固耦合分析为例，如果结构在流道中受到流体压力产生的变形很小，忽 略掉亦可满足工程计算的需要，则不需要将变形反馈给流体，这样的耦合称为单向耦合。 双向耦合：以流固耦合分析为例，如果结构在流道中受到的流体压力很大，或者即使压 力很小也不能被忽略掉，则需要将结构变形反馈给流体，这样的耦合称为双向耦合。 ANSYS Workbench还可与ANSOFT Simplorer软件集成在一起实现场路耦合计算。场路耦合计 算适用于 电机、电力 电子装置及系统、交直流传动、电源、电力系统、汽车部件、汽车电子与 系统、航空航天、船舶装置与控制系统、军事装备仿真等领域的分析。 第 19 章 多物理场耦合分析 在ANSYS Workbench 中，多物理场耦合分析可以分析基本场之间的相互耦合，其应用场 合包括以下几个方面。 1. 流固耦合 汽车燃料喷射器、控制阀、风扇、水泵等。 航天飞机机身、推进系统及其部件。 可变形流动控制设备、生物医学上血流的导管及阀门、人造心脏瓣膜等。 纸处理应用、一次性尿布制造过程。 2. 压电应用 换能器、应变计、传感器等。 麦克风系统。 喷墨打印机驱动系统。 3. - 热 电耦合 载流导体、汇流条等。 电动机、发电机、变压器等。 断路器、电容器、电抗器等。 电子元件及电子系统。 - 热 电冷却器。 4. MEMS应用 MEMS - 梳状驱动器（电 结构耦合）。 MEMS - 扭转谐振器（电 结构耦合）。 MEMS - 加速计（电 结构耦合）。 MEMS - 微泵（压电 流体耦合）。 MEMS - - - 热 机械执行器（热 电 结构耦合）。 其他大量的 MEMS 装置等。 19.2 电磁热耦合分析 本节主要介绍ANSYS Workbench 17.0 的电磁场分析模块Maxwell 的建模方法及求解过程， 计算铝方板的热流分布 。 19.2.1