STAR-CCM+冷板压强仿真

冷板出厂前需进行气密性检测，以验证流道结构的合理性及抗变形、防泄漏能力。本案例利用star-ccm+软件中的固体应力模型，采用有限元方法，对冷板在气密保压状态下的应力分布与变形程度进行仿真分析，评估其结构强度与可靠性。

1、 启动STAR-CCM+，创建新仿真项目，选择本地并行计算模式，根据计算机硬件性能设置计算进程数，确认配置无误后点击确定完成初始化设置。

2、 选择文件菜单中的导入功能，加载名为case1.stp的曲面网格文件，随后将其另存为InfStress_case1.sim格式，完成模型导入与保存操作。

3、 展开几何结构中的部件选项，将默认部件名称修改为Plate1。随后使用面片分割功能，对表面进行划分，分别定义出用于施加固定约束的面（constraint）、自由面（free）、施加载荷的区域（load）以及用于监测应力与变形的面（monitor），完成几何模型的区域划分与功能设定。

4、 创建Physics 1并设定固体应力模型，本案例忽略流体影响，非流固耦合问题。保压阶段流道内气压保持恒定，仅分析稳态情况。

5、 在软件界面中，依次展开Continua > Physics 1 > Models > Material Law Models路径，于右侧区域点击鼠标右键，在弹出菜单中选择新建材料准则，并将其命名为Isotropic Linear Elasticity。随后，在模型类型选项中，分别选取Linear Elasticity和Isotropic Linear Elasticity作为当前材料的行为模型，完成基本设置。此过程用于定义材料的线性各向同性弹性特性，适用于常规弹性力学分析场景。

6、 在Solid模块下，依次展开Al、Material Properties和Material Law，将类型设置为各向同性线弹性。

7、 右键点击Solid > Al，选择替换为，并选中材料UNSA92014（铝合金）。保持默认设置，其中杨氏模量设为72.4 GPa，泊松比为0.33，无需修改其他参数。

8、 把零件分配至相应区域。

9、 进入Geometry模块下的Operations选项，右键选择新建网格中的自动网格功能，将Plate1添加至Parts列表，随后启用表面重划分、四面体网格划分以及薄体网格划分功能，完成相关设置以生成所需网格模型，确保各模块均正确激活并协同工作。

10、 将基础尺寸设为10毫米，目标尺寸百分比设为60，最小尺寸百分比设为10，最大单元尺寸百分比设为60。右键点击执行网格划分操作，待划分完成后，及时保存文件，确保数据完整无误。

11、 应力分析采用有限元法，边界条件直接依据部件设定，与基于区域设定的有限体积法不同。

12、 展开 Regions 下的 Plate1，通过右键菜单创建一个新的 Surface Segment，将其命名为 Fixed，并在类型中选择 Constraint，然后指定对应的表面。接着展开 Fixed 节点下的 Physics Conditions，进入 Solid Stress Constraints 设置，将 Method 选项设置为 Fixed，完成约束条件的配置。该操作用于在选定表面上施加固定支撑，限制其在分析过程中的位移，确保符合实际工况中的边界条件要求，为后续的结构力学仿真提供准确的约束基础。

13、 创建一个新的Surface Segment，将其命名为Load，并在类型中选择Load，然后进行表面选取。依次展开Load下的物理条件中的固体应力载荷（Solid Stress Loads），将方法（Method）设置为压力（Pressure）。接着展开物理数值中的压力（Pressure）选项，将其数值设定为2.5巴（bar），完成相关参数配置，确保加载条件准确应用于所选表面区域，为后续分析提供符合实际工况的边界条件支持。

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14、 展开停止条件，将最大步数设置为10，并勾选位移准则和力准则。

15、 在Reports上右键点击，新建一项命名为MaxStress，类型为Maximum 1，将场函数设为Stress Von Mises，单位选用MPa，并将Plate1的全部部件作为分析对象。

16、 将MaxStress复制并重命名为MaxDisp，设置场函数为位移，单位选择毫米，并指定对应的部件。

17、 创建一个新的Scalar Scene，将其命名为Stress，在Scalar Field中选择Stress Von Mises，用于监测冷板的应力分布情况。Parts部分选择完整的Plate1，Contour Style设置为Smooth Filled。进入Color Bar设置界面，将标题高度（Title Height）调整为0.04，标签高度（Label Height）设为0.035，以优化颜色条的显示效果，确保应力分布可视化清晰直观，便于后续分析与评估结构受力状态。

18、 创建Vector Wrap以监测冷板的位移变化。依次点击Derived Parts > New Part > Warp > Vector Wrap。在输入部件中选择完整的Plate1，向量类型选择位移（Displacement），启用自动缩放（Auto Scale），并选择不显示结果（No Displayer），最后点击创建按钮完成操作。该方法可有效反映结构在受力下的形变情况，便于后续分析与评估整体变形趋势，为优化设计提供数据支持。

19、 复制Stress Scene并将其重命名为Displacement，将Scalar Field更改为Displacement，单位设置为毫米，Parts选择Vector Wrap，其余参数保持不变。选中Outline 1，勾选Surface显示模式，并将透明度调整为0.2，以实现半透明效果，便于后续观察与分析模型的位移分布情况。

20、 保存数据，初始化系统，提交计算任务。

21、 冷板应力分布显示，Mises应力峰值为32.941 MPa，低于材料屈服强度。

22、 冷板位移分布显示Z向最大位移不足0.01毫米，形变极小。

23、 对比两种不同流道设计方案。

24、 冷板受力分布

25、 冷板位移变化分布

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