仿真实例：复材的雷击直接效应仿真（热仿真部分）

作者 | Wang Yuanteng

上期我们介绍了雷击直接效应仿真电磁部分，设置了磁场、电流及欧姆损耗监视器并拿到了相应的结果。为了计算雷击所产生的热效应，我们将使用瞬态热求解器Transient Thermal Solver进行计算。另外，还需考虑到热源，下面我们具体来看是如何进行仿真的。

1.在电磁仿真工程上设置avg_ohmic_loss监视器。这里我们设定计算0-1µs的热效应，因此设置10个起始点不同，时间长度0.1µs的监视器。

在后处理设置Thermal>thermal loss calculation

点击开始仿真。

拿到avg_ohmic_loss仿真结果之一如下：

2.创建热仿真，单击Simulation Project>All Block as 3D Model，在弹出对话框输入名称及选择工程和求解器类型。

3.在新工程中设置Sources and Loads>Thermal Losses，只需在Project中选中原电磁仿真工程，Source field和loss等信息自动被填写，选择value将我们设置的10个avg_ohmic_loss一一导入。

4.求解器设置。将Simulation duration设为1µs，假设环境温度为-50℃（1万米高空）。

设置激励，勾选所有热源，依次设置Time shift（如下），点击signal>new signal建立hold信号，保持时间0.1µs。

选择通过Preview可以看到不同时间在激励不同热源。

5.材料设置

需要对复合材料定义温度属性，由于材料导热系数沿xyz轴定义，故新建多个材料CFC ply0，CFC ply90，CFC ply45和-45，材料属性如下

6.边界条件设置。

对复材内外表面设置热表面属性：假设外表面在巡航速度下，设对流热交换系数为90W/m²/K；内表面为静止空气，设对流热交换系数为4W/m²/K。

边界条件设为绝热

7.开始仿真，获得温度分布结果。

0-1µs温度变化过程

在1µs时不同层的温度结果：

第一层0°

第二层45°

第三层-45°

第四层90°

从结果可知雷击附着点周边温度急剧上升，在1µs已超过1000℃，最高达2850℃，这将超材料的燃点，因此雷击位置处的部分区域将被“烧穿”。

小结：

1. 雷击的直接效应仿真可使用LF Time Domain Solver和 Transient Thermal Solver分别进行电磁和热的仿真。

2. 复合材料的建模选择各向异性材料，根据坐标系类型可使用Local Solid Coordinate System。

3. 为了获得更好的仿真结果，应当在雷击附着点适当加密网格。

4. 使用SAM工具支持将avg_ohmic_loss结果直接导入热仿真作为激励源。

5. 热仿真需要设置相应的热表面属性和边界条件。

 文章来源CST仿真专家之路