復(fù)合材料的雷擊直接效應(yīng)仿真（二）- 熱仿真

上期我們介紹了雷擊直接效應(yīng)仿真電磁部分，設(shè)置了磁場、電流及歐姆損耗監(jiān)視器并拿到了相應(yīng)的結(jié)果。為了計算雷擊所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，我們將使用瞬態(tài)熱求解器Transient Thermal Solver進行計算。另外，還需考慮到熱源，下面我們具體來看是如何進行仿真的。

1.在電磁仿真工程上設(shè)置avg_ohmic_loss監(jiān)視器。這里我們設(shè)定計算0-1us的熱效應(yīng)，因此設(shè)置10個起始點不同，時間長度0.1us的監(jiān)視器。

在后處理設(shè)置Thermal>thermal loss calculation

點擊開始仿真。

拿到avg_ohmic_loss仿真結(jié)果之一如下：

2.創(chuàng)建熱仿真，單擊Simulation Project>All Block as 3D Model，在彈出對話框輸入名稱及選擇工程和求解器類型。

3.在新工程中設(shè)置Sources and Loads>Thermal Losses，只需在Project中選中原電磁仿真工程，Source field和loss等信息自動被填寫，選擇value將我們設(shè)置的10個avg_ohmic_loss一一導(dǎo)入。

4.求解器設(shè)置。將Simulation duration設(shè)為1us，假設(shè)環(huán)境溫度為-50℃（1萬米高空）。

設(shè)置激勵，勾選所有熱源，依次設(shè)置Time shift（如下），點擊signal>new signal建立hold信號，保持時間0.1us。

選擇通過Preview可以看到不同時間在激勵不同熱源。

5.材料設(shè)置

需要對復(fù)合材料定義溫度屬性，由于材料導(dǎo)熱系數(shù)沿xyz軸定義，故新建多個材料CFC ply0，CFC ply90，CFC ply45和-45，材料屬性如下

6.邊界條件設(shè)置。

對復(fù)材內(nèi)外表面設(shè)置熱表面屬性：假設(shè)外表面在巡航速度下，設(shè)對流熱交換系數(shù)為90W/m^2/K；內(nèi)表面為靜止空氣，設(shè)對流熱交換系數(shù)為4W/m^2/K。

邊界條件設(shè)為絕熱

7.開始仿真，獲得溫度分布結(jié)果。

0-1us溫度變化過程

在1us時不同層的溫度結(jié)果：

第一層0°

第二層45°

第三層-45°

第四層90°

從結(jié)果可知雷擊附著點周邊溫度急劇上升，在1us已超過1000℃，最高達2850℃，這將超材料的燃點，因此雷擊位置處的部分區(qū)域?qū)⒈弧盁薄?/p>

小結(jié)：

    1. 雷擊的直接效應(yīng)仿真可使用LF Time Domain Solver和 Transient Thermal Solver分別進行電磁和熱的仿真。

    2. 復(fù)合材料的建模選擇各向異性材料，根據(jù)坐標系類型可使用Local Solid Coordinate System。

    3. 為了獲得更好的仿真結(jié)果，應(yīng)當在雷擊附著點適當加密網(wǎng)格。

    4. 使用SAM工具支持將avg_ohmic_loss結(jié)果直接導(dǎo)入熱仿真作為激勵源。

    5. 熱仿真需要設(shè)置相應(yīng)的熱表面屬性和邊界條件。