1.一种基于COMSOL的QBH间接水冷结构热形变分析方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:进行QBH间接水冷结构三维建模,利用NX绘图软件设计QBH间接水冷结构三维模型;步骤二:完成QBH间接水冷结构几何简化,其中,将QBH间接水冷结构三维模型导入有限元分析软件COMSOL,在COMSOL模型前处理中,完成几何结构简化处理;步骤三:完成QBH间接水冷结构材料物理参数定义,将石英端帽域定义为熔融石英材料,冷却套域定义为金属材料,包括不锈钢316、无氧铜TU2、钛合金TC4以及铝合金2124;步骤四:添加固体力学物理场,进行初始值、线弹性材料域、自由边界、固定约束边界、接触对边界、对称边界等物理条件设置;步骤五:添加固体传热物理场,进行固体域、温度初始值、温度边界、热通量边界、对称边界以及绝缘边界等物理条件设置;步骤六:添加热膨胀耦合物理场,设置传热以及结构耦合接口、热膨胀属性、热源;步骤七:进行网格划分,将石英端帽域和金属结构域均设置为自由四面体网格剖分,其次添加角细化,以避免计算过程中网格反转;步骤八:添加稳态研究,用于结构应力-形变-温度多物理场耦合分析;步骤九:进行研究结果后处理,对间接水冷QBH结构石英端帽应力、形变量、接触力以及温度分布进行数据分析。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤三中为了对比分析间接水冷封装结构不同材质在高温工作环境下的热应力-形变-温度分布差异,将间接水冷封装结构材质通过“材料Switch”分别设置为不锈钢316、无氧铜TU2、钛合金TC4以及铝合金2124四种金属进行对比分析,以指导QBH间接水冷封装结构材质选型。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤五中为了分析环境变化如冷却水温度增加时,QBH间接水冷结构热应力-形变-温度分布差异,通过“参数扫描”功能分析一系列冷却水温度对热膨胀多物理场耦合结果影响,以观察QBH高温环境工作时循环水温升状态下石英端帽的形变差异。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤四中,接触对由“模型定义”处添加,冷却套与石英端帽的接触面为源边界,石英端帽与冷却套的接触面为目标边界,接触方法为增广拉格朗日,接触压力初始值预设为0N/m 2 。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤五中,将冷却域和石英端帽域均设置为“固体域”,温度初始值分别设置为T_silica和T_metal;添加石英端帽熔融端和输出端“温度”边界T_fused和T_output,根据使用工况设置“热通量、热绝缘、对称以及热接触”边界;其中,冷却套水冷环境通过COMSOL热通量边界“外部强制对流-圆柱绕流”模拟循环水热传递机制,循环水温度设置为T_water;对称及热接触边界与固体力学物理场设置一致,热接触对边界可通过“表面粗糙度,粗糙平均高度”和“表面粗糙度,粗糙平均斜率”定义接触面属性;其他空气接触面、几何简化面几乎无热对流、热传导机制,均定义为热绝缘。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤八中,通过“材料扫描”和“参数扫描”功能,计算不同冷却套材料和循环水温度下,间接水冷QBH结构石英端帽应力、形变量、接触力以及温度分布;其中,“材料扫描”选择“材料Switch”组合,“参数扫描”选择参数“T_water”并设置计算步Range(20,0.5,27)℃,得到循环水一系列温度下间接水冷QBH有限元模型分析结果。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤九中,首先,若循环水温为25℃、金属材料为不锈钢316,绘制石英端帽及冷却套应力、接触力、温度分布以及形变位移图;进一步地,调用“研究/参数化解”,通过“边界探针-最大值”,计算得到石英端帽“体应力”和“表面接触力”最大值,通过“边界探针-平均值/最大值”,计算得到石英端帽接触面的平均形变量和最大形变量,对比分析不同金属材料对石英端帽的封装影响,得知QBH间接水冷结构冷却套材料金属选用不锈钢316或钛合金TC4。
8.一种用于实现如权利要求1至7中任一项所述方法的系统。
9.一种如权利要求1至7中任一项所述方法在光学机械结构的有限元分析方法技术领域中的应用。
10.一种如权利要求8所述系统在光学机械结构的有限元分析方法技术领域中的应用。