ansys中的热分析
【转】热-结构耦合分析
知识掌握篇2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小订阅
热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分
布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发
生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析,
然后在进行结构分析.热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如
热量的获取或损失,热梯度,热流密度(热通量)等.本章主要介绍在ANSYS中进行稳
态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析.
21.1 热-结构耦合分析简介
热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的
分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即
先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作
为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知
识,然后再学习耦合分析方法.
21.1.1 热分析基本知识
ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温
度,并导出其它热物理参数.ANSYS热分析包括热传导,热对流及热辐射三种热传
递方式.此外,还可以分析相变,有内热源,接触热阻等问题.
热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度
而引起的内能的交换.热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间,由于温差的存
在引起的热量的交换.热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换
过程.
如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统
的热量:q流入+q生成-q流出=0,则系统处于热稳态.在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变
化.
瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程.在这个过程中系统的温度,热流率,
热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化.
ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种:温度,热流率,热流密度,
对流,辐射,绝热,生热.
热分析涉及到的单元有大约40种,其中纯粹用于热分析的有14种,它们如表
21.1所示.
表21.1 热分析单元列表
单元类型名称说明
线性
LINK32
LINK33
LINK34
LINK31
两维二节点热传导单元
三维二节点热传导单元
二节点热对流单元
二节点热辐射单元
二维实体
PLANE55
PLANE77
PLANE35
PLANE75
PLANE78
四节点四边形单元
八节点四边形单元
三节点三角形单元
四节点轴对称单元
八节点轴对称单元
三维实体
SOLID87
SOLID70
SOLID90
六节点四面体单元
八节点六面体单元
二十节点六面体单元
壳SHELL57 四节点四边形壳单元
点MASS71 节点质量单元
21.1.2 耦合分析
在ANSYS中能够进行的热耦合分析有:热-结构耦合,热-流体耦合,热-电耦
合,热-磁耦合,热-电-磁-结构耦合等,因为本书主要讲解结构实例分析,所
以着重讲解热-结构耦合分析.
在ANSYS中通常可以用两种方法来进行耦合分析,一种是顺序耦合方法,另
一种是直接耦合方法.
顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析,每一种属于某一物理分析.通过将前一个分析的结果作为载荷施加到下一个分析中的方式进行耦合.典型的例子就是热-应力顺利耦合分析,热分析中得到节点温度作为"体载荷"施加到
随后的结构分析中去.
直接耦合方法,只包含一个分析,它使用包含多场自由度的耦合单元.通过计
算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量矩阵或载荷向量的方式进行耦合.典型的例子是使用了SOLID45,PLANE13或SOLID98单元的压电分析.
进行顺序耦合场分析可以使用间接法和物理环境法.对于间接法,使用不同的
数据库和结果文件,每个数据库包含合适的实体模型,单元,载荷等.可以把一个
结果文件读入到另一个数据库中,但单元和节点数量编号在数据库和结果文件中必须是相同的.物理环境方法整个模型使用一个数据库.数据库中必须包含所有的物理分析所需的节点和单元.对于每个单元或实体模型图元,必须定义一套属性编号, 包括单元类型号,材料编号,实常数编号及单元坐标编号.所有这些编号在所有物
理分析中是不变的.但在每个物理环境中,每个编号对应的实际的属性是不同的.
对于本书要讲解的热-结构耦合分析,通常采用间接法顺序耦合分析,其数据
流程如图21.1所示.
图21.1 间接法顺序耦合分析数据流程图
21.2 稳态热分析
稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响.通常在进行瞬态热分析
以前,需要进行稳态热分析来确定初始温度分布.稳态热分析可以通过有限元计算
确定由于稳定的热载荷引起的温度,热梯度,热流率,热流密度等参数.ANSYS
稳态热分析可分为三个步骤:
前处理:建模
求解:施加载荷计算
后处理:查看结果
21.2.1建模
稳态热分析的模型和前面的结构分析模型建立过程基本相同.不同的就是需要在菜单
过虑对话框中将分析类型指定为热分析,这样才能使菜单选项为热分析选项,单元类型也为热分析的单元类型,另外在材料定义时需要定义相应的热性能参数,下面为大概操作步骤.
1.确定jobname,title,unit;
2.进入PREP7前处理,定义单元类型,设定单元选项;
3.定义单元实常数;
4.定义材料热性能参数,对于稳态传热,一般只需定义导热系数,它可以是恒定的,
也可以随温度变化;
5.创建几何模型并划分网格,请参阅结构分析的建模步骤.
21.2.2施加载荷计算
热分析跟前面讲解的结构分析相比,区别在于指定的载荷为温度边条.通常可施加的
温度载荷有恒定的温度,热流率,对流,热流密度和生热率五种.另外在分析选项中也包
含非线性选项,结果输出选项等需要根据情况进行设置.
1.定义分析类型
(1) 如果进行新的热分析,则使用下面命令或菜单路径:
COMMAND:ANTYPE, STATIC, NEW
GUI: Main menu | Solution | -Analysis Type- | New Analysis | Steady-state (2) 如果继续上一次分析,比如增加边界条件等,则需要进行重启动功能: COMMAND: ANTYPE, STATIC, REST
GUI: Main menu | Solution | Analysis Type- | Restart
2.施加载荷
可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) .
(1) 恒定的温度: 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上.
COMMAND: D
GUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Temperature
(2)热流率: 热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模
型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单
元获取热量.如果温度与热流率同时施加在一节点上,则ANSYS读取温度值进行
计算.
注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要密一些,
在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意.此
外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些.
COMMAND: F
GUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Flow
(3) 对流:对流边界条件作为面载施加于实体的外表面,计算与流体的热交换.
它仅可施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流.
COMMAND: SF
GUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Convection
(4) 热流密度:热流密度也是一种面载荷.当通过单位面积的热流率已知或通
过FLOTRAN CFD计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度.如果输入的值为正,代表热流流入单元.热流密度也仅适用于实体和壳单元.热流密度与对
流可以施加在同一外表面,但ANSYS仅读取最后施加的面载荷进行计算. COMMAND: F
GUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Flux
(5) 生热率:生热率作为体载施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生
热.它的单位是单位体积的热流率.
COMMAND: BF
GUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Generat
3.确定载荷步选项
对于一个热分析,可以确定普通选项,非线性选项以及输出控制.热分析的载
荷不选项和结构静力分析中的载荷步相同,读者可以参阅本书结构静力分析部分的相关内容或基本分析过程中关于载荷步选项的内容.这里就不再详细讲解了.
4.确定分析选项
在这一步需要选择求解器,并确定绝对零度.在进行热辐射分析时,要将目前
的温度值换算为绝对温度.如果使用的温度单位是摄氏度,此值应设定为273;如
果使用的是华氏度,则为460.
Command: TOFFST
GUI: Main Menu | Solution | Analysis Options
5.求解
在完成了相应的热分析选项设定之后,便可以对问题进行求解了.
Command: SOLVE
GUI: Main Menu | Solution | Current LS
21.2.3后处理
ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中,它包含如下数据信息:
(1) 基本数据:
节点温度
(2) 导出数据:
节点及单元的热流密度
节点及单元的热梯度
单元热流率
节点的反作用热流率
其它
对于稳态热分析,可以使用POST1进行后处理.关于后处理的完整描述,可
参阅本书第四章中关于利用通用后处理器进行结果观察分析的讲解.下面是几个关键操作的命令和菜单路径.
1.进入POST1后,读入载荷步和子步:
COMMAND: SET
GUI: Main Menu | General Postproc | -Read Results-By Load Step
2.在热分析中可以通过如下三种方式查看结果:
彩色云图显示
COMMAND: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等
GUI: Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu, Element Solu, Elem Table
矢量图显示
COMMAND: PLVECT
GUI: Main Menu | General Postproc | Plot Results | Pre-defined or Userdefined
列表显示
COMMNAD: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等
GUI: Main Menu | General Postproc | List Results | Nodal Solu, Element Solu, Reaction
Solu
21.3瞬态传热分析
瞬态热分析用于计算一个系统随时间变化的温度场及其它热参数.在工程上一
般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析.
瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似.主要的区别是瞬态热分析中的载荷
是随时间变化的.为了表达随时间变化的载荷,首先必须将载荷～时间曲线分为载
荷步.载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步,如下图所示.
图21.2 瞬态热分析载荷-时间曲线
对于每一个载荷步,必须定义载荷值荷对应的时间值,同时必须指定载荷步的
施加方式为渐变或阶越.
21.3.1建模
一般瞬态热分析中,定义材料性能时要定义导热系数,密度及比热,其余建模过程与
稳态热分析类似,这里就不再赘述.
21.3.2加载求解
和其它ANSYS中进行的分析一样,瞬态热分析进行加载求解时同样需要完成如下的
工作.包括定义分析类型,定义初始条件,施加载荷,指定载荷步选项,指定结果输出选
项以及最后进行求解.
1. 定义分析类型
指定分析类型为瞬态分析,通用可以进行新的分析或进行重启动分析.
2.获得瞬态热分析的初始条件
(1) 定义均匀温度场
如果已知模型的起始温度是均匀的,可设定所有节点初始温度
Command: TUNIF
GUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Settings | Uniform Temp
如果不在对话框中输入数据,则默认为参考温度.参考温度的值默认为零,但
可通过如下方法设定参考温度:
Command: TREF
GUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Settings | Reference Temp
注意:设定均匀的初始温度,与如下的设定节点的温度(自由度)其作用不同.
Command: D
GUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Apply | -Thermal- | Temperature | On Nodes
初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效;而设定节点温度将保持贯穿整个瞬
态分析过程,除非通过下列方法删除此约束:
Command: DDELE
GUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Delete | -Thermal-Temperature | On Nodes (2) 设定非均匀的初始温度
在瞬态热分析中,用下面的命令或菜单路径可以将节点温度设定为不同的值. Command: IC
GUI: Main Menu | Solution | Loads | Apply | -Initial Condit'n | Define
如果初始温度场是不均匀的且又是未知的,就必须首先作稳态热分析确定初始
条件.
设定载荷(如已知的温度,热对流等)
将时间积分设置为OFF:
Command: TIMINT, OFF
GUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time Integration
设定一个只有一个子步的,时间很小的载荷步(例如0.001):
Command: TIME
GUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time and Substps
写入载荷步文件:
Command: LSWRITE
GUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | Write LS File
或先求解:
Command: SOLVE
GUI: Main Menu | Solution | Solve | Current LS
注意:在第二载荷步中,要删去所有设定的温度,除非这些节点的温度在瞬态分析
与稳态分析相同.
3.设定载荷步选项
进行瞬态热分析需要指定的载荷步选项和进行瞬态结构分析相同,主要有普通选项,
非线性选项和输出控制选项.
(1) 普通选项
时间:本选项设定每一载荷步结束时的时间.
Command: TIME
GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time and Substps 每个载荷步的载荷子步数,或时间增量.
对于非线性分析,每个载荷步需要多个载荷子步.时间步长的大小关系到计算
的精度.步长越小,计算精度越高,同时计算的时间越长.根据线性传导热传递,
可以按如下公式估计初始时间步长:
ITS=δα24
其中δ为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度,α为导温系数,它等于导热
系数除以密度与比热的乘积(αρ=kc).
Command: NSUBST or DELTIM
GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps 如果载荷值在这个载荷步是恒定的,需要设为阶越选项;如果载荷值随时间线
性变化,则要设定为渐变选项.可以下面命令或菜单路径来实现.
Command: KBC
GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps (2) 非线性选项
迭代次数:每个子步默认的次数为25,这对大多数非线性热分析已经足够.
如果分析的问题不容易收敛,可以通过下面的命令来指定迭代次数.
Command: NEQIT
GUI: Main Menu | Solution | -Load step opts | Nonlinear | Equilibrium Iter
自动时间步长:本选项为ON时,在求解过程中将自动调整时间步长.
Command: AUTOTS
GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps 时间积分效果:如果将此选项设定为OFF,将进行稳态热分析.
Command: TIM(1) INT
GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time Integration GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Output Ctrls | DB/Results File
4.在定义完所有求解分析选项后,进行结果求解.
21.3.3 结果后处理
对于瞬态热分析,ANSYS提供两种后处理方式.
通用后处理器POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进
行后处理;
Command: POST1
GUI: Main Menu | General Postproc.
时间-历程后处理器POST26,可以对模型中特定点在所有载荷步(整个瞬
态过程)的结果进行后处理.
Command: POST26
GUI: Main Menu | TimeHist Postproc
1.用POST1进行后处理
进入POST1后,可以读出某一时间点的结果.
Command: SET
GUI: Main Menu | General Postproc | Read Results | By Time/Freq
如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上,ANSYS会进行线性插值.
此外,还可以读出某一载荷步的结果.
GUI: Main Menu | General Postproc | Read Results | By Load Step
然后,就可以采用与稳态热分析类似的方法,对结果进行彩色云图显示,矢量
图显示,打印列表等后处理.
2,用POST26进行后处理
首先,要定义变量.
Command: NSOL or ESOL or RFORCE
GUI: Main Menu | TimeHist Postproc | Define Variables
然后,就可以绘制这些变量随时间变化的曲线.
Command: PLVAR
GUI: Main Menu | TimeHist Postproc | Graph Variables
或列表输出
Command: PRVAR
GUI: Main Menu | TimeHist Postproc | List Variables
21.4 热-结构耦合分析
前面讲了热-结构耦合分析是一种间接法顺序耦合分析的典型例子.其主要分三步完
成:1.进行热分析,求得结构的的温度场;2.将模型中的单元转变为对应的结构分析单元,
并将第一步求得的热分析结构当作体载荷施加到节点上;3.定义其余结构分析需要的选项, 并进行结构分析.
前面已经介绍了如何单独进行热分析和结构分析,下面介绍如何转换模型并将第一步
求解的结果施加到节点上.
1.完成必要的热分析,并进行相应的后处理,对结果进行查看分析.
2.重新进入前处理器,并指定新的分析范畴为结构分析.选择菜单路径Main Menu | Preference ,在弹出的对话框中选择"Strutural"选项,使所有菜单变为结构分析的选项.
3.进行单元转换.选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Switch Elem
Type,将弹出Swithch Elem Type (转换单元类型)对话框,如图21.3所示.
图21.3 转换单元类型对话框
4.在对话框中的Change element type (改变单元类型)下拉框中选择"Thermal to Struc", 然后单击关闭对话框,ANSYS程序将会自动将模型中的热单元转换为对应的结构单
元类型.
5.定义材料的性能参数.跟通常的结构分析不同的是,除了定义进行结构静力分析需
要的材料弹性模量,密度,或强化准则的定义之外.在热-结构耦合分析的第二个分析中,
还需要定义材料的热膨胀系数,而且材料性能应该随温度变化的.
6.将第一次分析得到的温度结果施加到结构分析模型上.选取菜单路径Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural | Temperature | From Therm Analy,将弹出Apply
TEMP from Themal Analysis (从已进行的热分析结果中施加温度载荷)对话框,如图21.4所
示.单击对话框中的按钮,选择前面热分析的结果文件*.rth,作为结构分析的热载
荷加到节点上.
图21.4从已进行的热分析结果中施加温度载荷对话框
7.定义其它结构分析的载荷步选项和求解分析选项,并进行结构分析求解.
8.进行结果后处理,观察分析所求得的结果.
盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。
ANSYS热分析详解
第一章简介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等
第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。
ANSYS非稳态热分析及实例详解解析
本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识， 主要包括非稳态热分析的应用、 非稳态热分析的基本步骤。 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 丄本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析 7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。 根据物体温度随着时间的推移而变化的 特性可本章要点 非稳态热分析单兀、
以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。 ANSYS 11.0 及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷 - 时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。
ANSYS热应力分析经典例题
ANSYS热应力分析例题 实例1圆简内部热应力分折： 有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。 该问题属于轴对称问题。由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。 /filname,exercise1-jianjie /title,thermal stresses in a long /prep7 $Et,1,plane55 Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70 Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2 Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2 Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish /solu $Antype,static Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200 lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20 allsel $outpr,basic,all solve $finish /post1 $Set,last /plopts,info,on Plnsol,temp $Finish /prep7 $Etchg,tts Keyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1 Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28 Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,all Lsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,all Allsel $Finish /solu $Antype,static D,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rth Allsel $Solve $Finish /post1 /title,radial stress contours Plnsol,s,x /title,axial stress contours Plnsol,s,y /title,circular stress contours Plnsol,s,z /title,equvialent stress contours Plnsol,s,eqv $finish
ansys中的热分析
【转】热-结构耦合分析 知识掌握篇2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小订阅 热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分 布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析, 然后在进行结构分析.热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失,热梯度,热流密度(热通量)等.本章主要介绍在ANSYS中进行稳态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析. 21.1 热-结构耦合分析简介 热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的 分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即 先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作 为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知 识,然后再学习耦合分析方法. 21.1.1 热分析基本知识 ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温 度,并导出其它热物理参数.ANSYS热分析包括热传导,热对流及热辐射三种热传 递方式.此外,还可以分析相变,有内热源,接触热阻等问题. 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换.热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间,由于温差的存在引起的热量的交换.热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换
ansys热分析
第三章稳态热分析 3.1稳态传热的定义 ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和 ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。 稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。这些热载荷包括： 对流 辐射 热流率 热流密度（单位面积热流） 热生成率（单位体积热流） 固定温度的边界条件 稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。 3.2热分析的单元 ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。这些热分析单元如下： 表3-1二维实体单元 单元维数形状及特点自由度 PLANE35 二维六节点三角形单元温度（每个节点） PLANE55 二维四节点四边形单元温度（每个节点） PLANE75 二维四节点谐单元温度（每个节点） PLANE77 二维八节点四边形单元温度（每个节点） PLANE38 二维八节点谐单元温度（每个节点）
ANSYS稳态热分析的基本过程和实例
ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤： ?前处理：建模、材料和网格 ?分析求解：施加载荷计算 ?后处理：查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可 以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析： Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等： Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷 可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) ： a、恒定的温度 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷)，如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。 注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要
Ansys 第 例瞬态热分析实例一水箱
第33例瞬态热分析实例——水箱 本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。 33.1概述 热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。 33.1.1 瞬态热分析的定义 瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。 33.1.2 嚼态热分析的步骤 瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1．建模 瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。 注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。 2.施加载荷和求解 (1)指定分析类型， Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。 (2)获得瞬态热分析的初始条件。 定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温
度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。 定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define 即IC命令施加。非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。 注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。 (3)设置载荷步选项。 普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step. 非线性选项包括：迭代次数（默认25），选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step：将时间积分打开，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay. 输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.
一个经典的ansys热分析实例(流程序)
/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1
ansys热分析例题
问题描述：一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块，突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。过了一个小时，求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。 材料热物理性能如下：热性能单位制 铜铁水 导热系数W/m℃ 383 37 密度Kg/m 8889 7833 996 比热J/kg℃ 390 448 4185 菜单操作过程： 一、设置分析标题 1、选择“Utility Menu>File>Change Jobname”，输入文件名Transient1。 2、选择“Utility Menu>File>Change Title”输入Thermal Transient Exercise 1。 二、定义单元类型 1、选择“Main Menu>Preprocessor”，进入前处理。 2、选择“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。选择热平面单元plane77。 三、定义材料属性 1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”，在弹出的材料定义窗口中顺序双击Thermal选项。 2、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入383；点击Density，在DENS框中输入8898；点击Specific Heat，在C框中输入390。 3、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第二种材料。 4、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入70；点击Density，在DENS框中输入7833；点击Specific Heat，在C框中输入448。 5、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第三种材料。 6、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入.61；点击Density，在DENS框中输入996；点击Specific Heat，在C框中输入4185。 四、创建几何模型 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Retangle>By Dimensions”，输入X1=0, Y1=0, X2=, Y2=, 点击Apply；输入X1=, Y1=, X2= ,Y2=, 点击Apply；输入X1= Y1=, X2= Y2=+, 选择OK。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>Booleans>Overlap”，选择Pick All。 3、选择“Utility Menu>Plotctrls>Numbering>Areas, on”。 4、选择“Utility Menu>Plot>Areas”。 五、划分网格 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”，选择材料1。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”，输入单元大小。 3、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”，选择铜块。 4、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”，选择材料2。 5、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”，选
ANSYS的热分析
第一章简介 一、热分析之目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS之热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析之分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析之 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等
第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 3热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0 ＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0 =W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析： dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流密度 （W/m 2）， k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。 2、热对流 热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述： )(B S T T h q -=''，式中h 为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），T S 为固体表面的温度，T B 为周围流体的温度。 3、热辐射 热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。物体温
Ansys模拟水结冰的热分析过程
Ansys模拟水结冰的热分析过程 一、问题描述： 对一茶杯水的结冰过程进行分析，水和茶杯的初始温度为0℃，环境温度为-10℃，杯子侧面和顶面的对流换热系数为12.5W/m^2·℃，杯子放在桌面上，假设桌面可以对杯子底面提供-10℃的温度载荷。计算3000s之后的温度分布。 模型如下： 茶杯底面外径54.41mm，内径50mm，高度85mm，顶面内径60mm，抽壳厚度为5mm（内部水的高度80mm）。 分析采用SI单位制，水的材料属性如下： 导热率：0.6 密度：1000 比热容：4200
焓值： 温度℃-10 -1 0 10 焓J/m^3 0 37.8e6 79.8e6 121.8e6 茶杯采用铁的材料属性： 导热率：70 密度：7833 比热容：448 二、问题分析： 本例采用70热单元进行分析，由于对称性，采用1/4模型进行建模分析。由于包含相变分析，因此水的焓值是必要的。假设温度0℃的水结成0℃的冰需要放出42000J/kg·℃的热量，通过定义焓值来实现。假设温度区间长度为1℃，因此温度低于-1℃，表示水已结成冰。本例通过apdl进行分析，方便输入及调试。 三、分析步骤: 1、定义工程名及标题 fini /cle ！清除数据库 /filname.shuijiebing,1 ！此处设置工作名 /title,lovz ！此处设置标题 *afun deg !定义角度为度 2、进入前处理，定义单元及材料属性 /prep7 ！进入前处理模块
et,1,70 ！定义70单元 mp,kxx,1,0.6 ！设置材料属性 mp,c,1,4200 mp,dens,1,1000 mptemp,1,-10,-1,0,10 mpdata,enth,1,1,0,37.8e6,79.8e6,121.8e6 ！焓值定义mp,kxx,2,70 mp,dens,2,7833 mp,c,2,448 这里定义1号材料为水，2号材料为茶杯 3、定义参数 r1=50e-3 r2=60e-3 r3=54.41e-3 r4=65e-3 h1=80e-3 h2=85e-3 4、建模 wprot,,-90 ！旋转工作平面 /pnum,volu,1 ！打开体积显示 /view,1,1,1,1 ！Iso视角 cone,r1,r2,0,h2,0,90 ！建立水的1/4圆台模型
ANSYS热分析指南
ANSYS热分析指南 第一章简介 1.1热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，我们一般关心的参数有： 温度的分布 热量的增加或损失 热梯度 热流密度 热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。 1.2ANSYS中的热分析 ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、 ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。 ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。1.2.1对流 热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。 1.2.2辐射 ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题： 辐射杆单元（LINK31） 使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）
在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析 使用Radiosity求解器方法 有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。 1.2.3特殊的问题 除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。例如，可使用热质点单元MASS71模拟随温度变化的内部热生成。 1.3热分析的类型 ANSYS支持两种类型的热分析： 1．稳态热分析确定在稳态的条件下的温度分布及其他热特性，稳态条件指热量随时间的变化可以忽略。 2．瞬态热分析则计算在随时间变化的条件下，温度的分布和热特性。 1.4耦合场分析 ANSYS中可与热分析进行耦合的方式有热—结构、热－电磁等。耦合场分析可以使用ANSYS中的矩阵耦合单元，或者在独立的物理环境中使用序惯荷载耦合。有关耦合场分析的详细描述，请参阅《ANSYS Coupled-Field Analysis Guide》。 1.5关于菜单路径和命令语法 在本指南中，您将会看到相关的ANSYS命令及其等效的菜单路径。这些参考的命令仅仅包括命令名，因为并不总是需要指定所有的参数，而且不同的参数组合会有不同的作用。有关ANSYS命令的更多的叙述，请参考《ANSYS Commands Reference》。 菜单路径将近可能完整得列出。对于多数情况，选择菜单就能够完成所需要的功能；但还有一些情况，选择文中所示菜单后会弹出一个菜单或是对话框，由此定义其他的选项来执行一些特定的任务。 第二章基础知识 2.1符号与单位
ANSYS传热分析实例汇总
实例1: 某一潜水艇可以简化为一圆筒,它由三层组成,最外面一层为不锈钢,中间为玻纤隔热层,最里面为铝层,筒内为空气,筒外为海水,求内外壁面温度及温度分布。 几何参数: 筒外径30 feet 总壁厚 2 inch 不锈钢层壁厚0、75 inch 玻纤层壁厚 1 inch 铝层壁厚0、25 inch 筒长200 feet 导热系数不锈钢8、27 BTU/hr、ft、o F 玻纤0、028 BTU/hr、ft、o F 铝117、4 BTU/hr、ft、o F 边界条件空气温度70 o F 海水温度44、5 o F 空气对流系数2、5 BTU/hr、ft2、o F 海水对流系数80 BTU/hr、ft2、o F 沿垂直于圆筒轴线作横截面,得到一圆环,取其中1度进行分析,如图示。 以下分别列出log文件与菜单文件。 /, Steady1 /title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFT Ro=15 !外径(ft) Rss=15-(0、75/12) !不锈钢层内径ft) Rins=15-(1、75/12) !玻璃纤维层内径(ft)
Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft) Tair=70 !潜水艇内空气温度 Tsea=44、5 !海水温度 Kss=8、27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Kins=0、028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Kal=117、4 !铝的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Hair=2、5 !空气的对流系数(BTU/hr、ft2、oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr、ft2、oF) /prep7 et,1,plane55 !定义二维热单元 mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数 mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数 mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数 pcirc,Ro,Rss,-0、5,0、5 !创建几何模型 pcirc,Rss,Rins,-0、5,0、5 pcirc,Rins,Ral,-0、5,0、5 aglue,all numcmp,area lesize,1,,,16 !设定划分网格密度 lesize,4,,,4 lesize,14,,,5 lesize,16,,,2 eshape,2 !设定为映射网格划分 mat,1 amesh,1 mat,2 amesh,2 mat,3 amesh,3 /SOLU SFL,11,CONV,HAIR,,TAIR !施加空气对流边界 SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA !施加海水对流边界 SOLVE /POST1 PLNSOL ！输出温度彩色云图
ANSYS_热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书
第四讲 热分析上机指导书 CAD/CAM 实验室，USTC 实验要求： 1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。 2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。 内容1：冷却栅管问题 问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。冷却栅材料为不锈钢，特性如下： 导热系数： W/m ℃ 弹性模量：×109 MPa 热膨胀系数：×10-5 /℃ 泊松比： 边界条件： （1）管内：压力： MPa 流体温度：250 ℃ 对流系数 W/m 2℃ （2）管外：空气温度39℃ 对流系数： W/m 2℃ 假定冷却栅管无限长，根据冷却 栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。 练习1－1：冷却栅管的稳态热分析 步骤： 定义工作文件名及工作标题 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。 定义单元类型及材料属性 定义单元类型：GUI: Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit>Delete 命令，弹出【Element Types 】对话框，单击Add 按钮，弹出【Library Type 】对话框，选择Thermal Solid Quad 8node 77选项，单击OK 按钮。 设置单元选项：单击【Element Type 】对话框的Options 按钮，弹出【Plane77 element type options 】对话框，在Element behavior 下拉列框中选择Axisymmetrical 选项，单击OK 按钮，单击Close 按钮。 设置材料属性：GUI: Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models ，弹出【Define （） （）
ANSYS热分析指南
筑 龙 网 w w w . s i n o a e c . c o m 目 录 第一章 简介..................................................................................1 一、热分析的目的..................................................................1 二、ANSYS 的热分析 (1) 三、ANSYS 热分析分类............................................................1 四、 耦合分析. (1) 第二章 基础知识 (2) 一、 符号与单位 (2) 二、 传热学经典理论回顾 (2) 三、 热传递的方式 (3) 四、 稳态传热 (3) 五、 瞬态传热 (4) 六、 线性与非线性 (4) 七、 边界条件、初始条件 (4) 八、 热分析误差估计 (4) 第三章 稳态传热分析 (5) 一、 稳态传热的定义............................................................5 二、 热分析的单元...............................................................5 三、 A NSYS 稳态热分析的基本过程 (5) 实例1 (9) 实例2.................................................................................12 第四章 瞬态传热分析 (20) 一、 瞬态传热分析的定义………………………………………………20 二、 瞬态热分析的单元及命令…………………………………………20 三、 A NSYS 瞬 态 热 分 析 的 主 要 步 骤 (20) 四、 建模...........................................................................20 五、 加载求解 (21)
ANSYS热应力分析--精选实例.docx
ANSYS 热应力分析实例 当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。如果结构各部分之间膨胀收 缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。 热应力分析的分类 ANSYS提供三种进行热应力分析的方法： 在结构应力分析中直接定义节点的温度。如果所以节点的温度已知，则可以 通过命令直接定义节点温度。节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度 间接法。首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应 力分析中。 直接法。使用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分析和结构应 力分析的结果。 如果节点温度已知，适合第一种方法。但节点温度一般是不知道的。对于大多数问题，推荐使用第二种方法—间接法。因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法—使用耦合单元。此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。 间接法进行热应力分析的步骤 首先进行热分析。可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表 面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。但要注意划分单元时要充分考虑结构分
析的要求。例如，在有可能有应力集中的地方的网格要密一些。如果进行瞬态分析，在后处理中要找出热梯度最大的时间点或载荷步。 热单元结构单元 LINK32LINK1 LINK33LINK8 PLANE35PLANE2 PLANE55PLANE42 SHELL57SHELL63 PLANE67PLANE42 LINK68LINK8 SOLID79SOLID45 MASS71MASS21 PLANE75PLANE25 PLANE77PLANE82 PLANE78PLANE83 PLANE87PLANE92 PLANE90PLANE95 SHELL157SHELL63 重新进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元，表7-1 是热单元与结构单元的对应表。可以使用菜单进行转换：
ansys中的热分析
知识掌握篇 2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小订阅 热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分 布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发 生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析, 然后在进行结构分析.热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如 热量的获取或损失,热梯度,热流密度(热通量)等.本章主要介绍在ANSYS中进行稳 态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析. 热-结构耦合分析简介 热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的 分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即 先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作 为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知 识,然后再学习耦合分析方法. 热分析基本知识 ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温 度,并导出其它热物理参数.ANSYS热分析包括热传导,热对流及热辐射三种热传 递方式.此外,还可以分析相变,有内热源,接触热阻等问题. 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度 而引起的内能的交换.热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间,由于温差的存 在引起的热量的交换.热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换 过程. 如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统 的热量:q流入+q生成-q流出=0,则系统处于热稳态.在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变 化. 瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程.在这个过程中系统的温度,热流率, 热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化. ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种:温度,热流率,热流密度, 对流,辐射,绝热,生热. 热分析涉及到的单元有大约40种,其中纯粹用于热分析的有14种,它们如表 所示. 表热分析单元列表 单元类型名称说明 线性 LINK32 LINK33 LINK34 LINK31 两维二节点热传导单元 三维二节点热传导单元 二节点热对流单元 二节点热辐射单元 二维实体