07 热-结构耦合分析算例 (ANSYS).doc

07 热结构耦合分析算例 (ANSYS) 在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大。很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力。ANSYS提供了很方便的热分析结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能。(1) 首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad 4 node 55 号热分析单元(2) 进入ANSYS主菜单Preprocessor-Material Props-Material Models，添加热传导速率参数Thermal-Conductivity-Isotropic，设定热传导速率为0.07。添加力学属性Structural-Linear-Elastic-Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2。添加热膨胀系数Structural-Thermal Expansion-Secant Coefficient-Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。(1) 开始建立模型。还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型。首先建立关键点。在ANSYS主菜单Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS，输入以下关键点信息关键点编号X坐标Y坐标Z坐标10002500305048005080(2) 下面开始建立弧线。在ANSYS主菜单Preprocessor- Modeling- Create- Lines- Arcs- By End KPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧。接着点选关键点4和5，然后点选中心点，输入半径8。生成第二个圆弧(3) 在ANSYS主菜单Preprocessor-Modeling-Create-Lines-Straight Line，连接关键点2，4和3，5。组成圆环轮廓(4) 在ANSYS主菜单Preprocessor-Modeling-Create-Arbitrary-By Lines，点选圆环周边轮廓线，生成圆环面。(5) 下面划分网格，由于本模型只有一种单元一种材料，所以不必复杂的设置属性。进入ANSYS主菜单Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-ManualSize-Global-Size，在Global Element Size窗口中设置单元尺寸为0.5。在ANSYS主菜单Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas，点选圆环进行网格划分(6) 下面首先进入热分析，进入ANSYS主菜单Solution-Analysis Type-New Analysis，设置分析类型为稳态分析Steady-state(7) 输入热边界条件，进入ANSYS主菜单Solution- Define Loads- Apply- Thermal- Temperature- On Lines，在直线1上加上1000度的温度荷载，如图所示，在直线2上加上20度的温度荷载。(8) 进入ANSYS主菜单Solution-Solve-Current LS，计算当前结构的温度场分布。(9) 进入ANSYS主菜单General Postproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，绘制节点的温度荷载分布如图所示。(10) 下面开始根据上面的热分析结果进行结构应力分析。进入ANSYS主菜单Preprocessor- Element Type- Switch Elem Type，选择单元转换方式为从热分析向结构分析转换Thermal to Struc(11) 输入位移边界条件，进入ANSYS主菜单Solution- Define Loads- Apply- Structural- Displacement- On Lines，在直线3上约束Y方向自由度，在直线4上约束X方向自由度。(12) 最后将前面热分析的温度应力分布读入当前的分析工况，进入ANSYS主菜单Solution-Define Loads-Apply-Structural-Temperature-From Therm Analy，从前面的热分析结果(Jobname.rth)文件中读取热分析结果，如果设定的分析项目名称为case07的话，则热分析结果的文件名为case07.rth，如图所示。(13) 进入ANSYS主菜单Solution-Solve-Current LS，计算当前结构的温度应力。(14) 进入ANSYS主菜单General Postproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，绘制结构的主拉应力（1st principal stress）分布如图所示/PREP7 !* ET,1,PLANE55!*MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,1,0.07MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,ALPX,1,1e-5 MPDATA,EX,1,30e9 MPDATA,PRXY,1,.2 !*k,1,k,2,5, k,3,0,5 k,4,8, k,0,6 k,5,0,8 larc,2,3,1,5larc,4,5,1,8l,2,4 l,3,5 al,1,2,3,4 esize,0.5 amesh,all ! FINISH /SOL!* ANTYPE,0DL,1, ,TEMP,1000,0 DL,2, ,TEMP,20,0 solve !FINISH /POST1 !* /EFACET,1 PLNSOL, TEMP, 0FINISH /PREP7 ! ! Switch from ther