ansys中的热分析

分享知识，分享快乐热-结构耦合分析知识掌握文章2009-05-31 14:09336019阅读131评论0字体大小：订阅大、中、小号热-结构耦合问题是结构分析中常见的一种耦合分析问题布料不均匀会造成结构的热应力，或者结构部件会在高温环境下工作，材料会受到温度的影响。生物特性的变化是结构分析中需要考虑的所有因素。因此，首先需要进行相应的热分析。然后进行结构分析。热分析用于计算系统或部件的温度分布和其他热物理参数，例如热增益或损失、热梯度、热通量(热通量)等。本章主要介绍ANSYS中的稳定化状态，瞬态热分析的基本过程，并说明如何完成热-结构耦合分析。21.1热-结构耦合分析简介热-结构耦合分析是指解决温度场对结构中应力、应变和位移等物理量的影响。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，即首先通过热分析得到结构的温度场，然后进行结构分析，得到之前得到的温度场为了通过给结构增加体载荷来解决结构的应力分布，首先需要热分析的基础知识。知识，然后学习耦合分析方法。21.1.1热分析基础知识ANSYS热分析是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。ANSYS热分析包括热传导、热对流和热辐射此外，还可以分析相变、内部热源、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的温度梯度热对流引起的内能交换是指固体表面和与周围环境接触的流体之间存在温差热辐射引起的热交换是指一个物体发射电磁能并被其他物体吸收并转化为热量的热交换。这个过程。如果系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统本身产生的热量等于流出系统的热量热量：q流入q产生-q流出=0，系统处于热稳定状态。在稳态热分析中，任何节点的温度都不会随时间变化。华。瞬态传热过程是指系统的加热或冷却过程。在这个过程中，系统温度、热流率，系统的热边界条件和内能随时间有明显的变化。ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为7种：温度、热流、热流密度、对流、辐射、隔热、生热。热分析涉及大约40种类型的单元，其中14种完全用于热分析，如下表所示。21.1。表21.1热分析装置列表单位类型名称的描述线性的LINK32LINK33LINK34LINK31二维双节点导热单元三维双节点导热单元双节点热对流装置双节点热辐射单元二维实体飞机55飞机77飞机35飞机75飞机78四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立体SOLID87SOLID70SOLID90六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壳57四节点四边形壳单元点质量71节点质量单位21.1.2耦合分析可以在ANSYS中进行的热耦合分析包括：热-结构耦合、热-流体耦合和热电耦合热-磁耦合、热-电-磁-结构耦合等。因为这本书主要解释结构实例的分析本文主要研究热-结构耦合分析。在ANSYS中，耦合分析通常有两种方法，一种是顺序耦合法，另一种是顺序耦合法一个是直接的为耦合计算包含所需物理量的元素矩阵或负载向量矩阵或负载向量。代表性地一个例子是使用SOLID45、PLANE13或SOLID98单位的压电分析。间接法和物理环境法可用于顺序耦合场分析。间接法使用不同的方法数据库和结果文件，每个数据库包含适当的实体模型、单位、负载等。一个可以是结果文件被读入另一个数据库，但是单元和节点的数量必须在数据库和结果文件中。一定是一样的。物理环境方法整个模型使用一个数据库。数据库必须包含一切物理分析所需的节点和单位。对于每个单元或实体模型元素，必须定义一组属性编号。包括单元类型号、材料号、实常数号和单元坐标号。所有这些数字都存在于所有事物中它在物理分析中是相同的，但是在每个物理环境中，对应于每个数字的实际属性是不同的。对于本书将要解释的热-结构耦合分析，间接方法通常用于顺序耦合分析。数据该过程如图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态热负荷对系统或部件的影响。通常进行瞬态热分析。以前，需要稳态热分析来确定初始温度分布。稳态热分析可用有限元法计算。确定稳定热负荷引起的温度、热梯度、热通量、热通量密度等参数。ANSYS稳态热分析可分为三个步骤：预处理：建模计算解决方案：的应用负载后处理：查看结果21.2.1建模稳态热分析模型与以前的结构分析模型基本相同。不同的是菜单是必需的。在过滤器对话框中，分析类型被指定为热分析，因此菜单选项是热分析选项，单元类型也是此外，对于单位类型的热分析，在定义材料时需要定义相应的热性能参数。以下是大致的操作步骤突然。1.确定职务名称、头衔、单位；2.进入PREP7预处理，定义单元类型并设置单元选项；3.定义单位的实常数；4.定义材料的热性能参数。对于稳态传热，通常只需要定义热导率，它可以是常数。它也可以随温度变化。5.创建几何模型并划分网格。请参考结构分析的建模步骤。21.2.2施加载荷的计算与前面解释的结构分析相比，热分析的不同之处在于指定的载荷是温度边缘带。一般来说，它是可以应用的有五种类型的温度负荷：恒温、热流率、对流、热流密度和生热率。此外，它们也包含在分析选项中。包括非线性选项、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)如果执行新的热分析，使用以下命令或菜单路径：COMMAND:ANTYPE，STATIC，NEWGUI:主菜单|解决方案|-分析类型- |新分析|稳态(2)如果继续先前的分析，例如添加边界条件，则需要重启功能：命令： ANTYPE，静态，静止GUI:主菜单|解决方案|分析类型- |重新启动2.施加负载五种载荷(边界条件)可直接应用于实体模型或单元模型。(1)恒温：通常应用于已知温度作为自由约束的边界。命令： D指南：主菜单|解决方案|-负载-应用|-热-温度(2)热流率：热流率作为节点集中负荷，主要用于线元模型(通常为线元模型类型不能应用对流或热流密度载荷)，如果输入值为正，则表示热流进入节点，即单个如果温度和热流同时作用于一个节点，ANSYS会读取温度值计算。注：如果热流率应用于固体单元的节点，则该节点周围的单元更密集。当将热通量施加到具有非常不同的热导率的两个单元的公共节点时，应该特别注意。这此外，发热或热通量边界它只能应用于实体和壳模型。对于线模型，流线元素LINK34可以考虑线对流动。命令： SF指南：主菜单|解决方案|-负载-应用|-热对流(4)热通量：热通量也是表面负荷。当单位面积的热通量已知或已知时进行FLOTRAN计算流体力学计算时，热流密度可应用于模型的相应外表面。如果输入的值为正，表示进入该单元的热流。热流密度仅适用于固体和壳单元。热流密度和对流动可以应用于相同的外表面，但ANSYS仅读取最后应用的表面载荷进行计算。命令： F指南：主菜单|解决方案|-负载-应用|-热-热通量(5)生热率33，360生热率作为身体负荷应用于该单元，并且可以模拟化学反应生热或电流产生热度。它的单位是每单位体积的热通量。:高炉指南：主菜单|解决方案|-负载-应用|-热-热发生器3.确定加载步骤选项对于热分析，可以确定通用选项、非线性选项和输出控制。热分析负荷载荷选项与结构静态分析中的载荷步骤相同。读者可以参考本书中关于结构静力分析的章节。基本分析过程中关于加载步骤选项的相关内容或内容在此不再赘述。4.确定分析选项在此步骤中，应选择求解器并确定绝对零点。在热辐射分析中，电流的温度值被转换为绝对温度。如果使用的摄氏度天数，该值应设置为273；诸如如果是华氏，它是460度。命令： TOFFSTGUI:主菜单|解决方案|分析选项5.解决设置相应的热分析选项后，问题就可以解决了。命令： SOLVEGUI:主菜单|解决方案|当前LS后处理ANSYS将热分析结果写入*。rth文件，其中包含以下数据信息：(1)基础数据：节点温度(2)导出数据：节点和元件的热流密度节点和单元的热梯度单位热通量节点的反应热通量其他的对于稳态热分析，可以使用POST1进行后处理。后处理的完整描述可以请参考本书第四章关于使用通用后处理器观察和分析结果的解释。以下是一些要点按键操作的命令和菜单路径。1.进入POST1后，读入加载步骤和子步骤：命令：设置GUI:主菜单|常规后处理|-读取结果-按加载步骤2.在热分析中，结果可以通过以下三种方式查看：彩色云图显示命令： plnsol、plesol、pletab等。主菜单|常规后处理|绘图结果|节点解、元素解、元素表矢量图显示命令：GUI:主菜单|常规后处理|绘图结果|预定义或用户定义有平面的命令： prnsol、presol、prrsol等GUI:主菜单|常规后处理|列表结果|节点解、元素解、反应索卢21.3瞬态传热分析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通常，瞬态热分析用于计算温度场，温度场用作应力分析的热负荷。瞬态热分析的基本步骤类似于稳态热分析。主要区别是瞬态热分析中的负载。它随着时间而变化。为了表达随时间变化的负荷，负荷-时间曲线必须首先被分成负荷。加载步骤。负载时间曲线中的每个拐点都是一个负载步长，如下图所示。图21.2瞬态热分析负载-时间曲线对于每个加载步骤，必须定义对应于加载值的时间值，并且必须指定加载步骤的应用方法是逐步改变或逐步过渡。21.3.1建模在一般瞬态热分析中，定义材料特性和其他建模过程时，应定义热导率、密度和比热稳态热分析类似，这里不再重复。21.3.2负载解决方案与其他ANSYS分析一样，瞬态热分析在进行载荷求解时也需要完成以下工作工作。包括定义分析类型、定义初始条件、应用负载、指定负载步长选项、指定结果输出选项项，最后解决它。1.定义分析类型指定分析类型为瞬态分析，并且GM可以执行新的分析或重新启动分析。2.获得瞬态热分析的初始条件(1)定义均匀的温度场如果已知模型的初始温度是均匀的，则可以设置所有节点的初始温度。Command: TUNIFGUI:主菜单|解决方案|-负载- |设