ANSYS多物理耦合场有限元分析学习教案

1、会计学1ANSYS多物理多物理(wl)耦合场有限元分析耦合场有限元分析第一页，共100页。ANSYSANSYS多物理多物理(wl)(wl)耦合场有限元分析耦合场有限元分析结构结构(jigu)-热耦合分析热耦合分析流体流体-固体耦合分析固体耦合分析第1页/共99页第二页，共100页。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第2页/共99页第三页，共100页。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第3页/共99页第四页，共100页。Tnq*dTdnndirection in gradient thermalre temperatundirection in ty cond

2、uctivi thermalWhere,ndirection in areaunit per rate flowheat *nTTKnTKqnnnnANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第4页/共99页第五页，共100页。TsTBre temperatufluidbulk re temperatusurfacetcoefficien film convective Where,fluid and surfacebetween areaunit per rate flowheat )(*BSfBSfTThTThqANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第5页/共99页第

3、六页，共100页。程。程。0generatedboundary heout thru tboundary ein thru thstoredEEEEANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第6页/共99页第七页，共100页。常用(chn yn)的热单元类型材料特性材料特性至少需要至少需要 Kxx Kxx 稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。如果是瞬态分析，则需要比热如果是瞬态分析，则需要比热 (C) (C) 。优先优先(yuxin)(yuxin)设置为设置为 “thermal” “thermal” （热分析），在（热分析），在 GUI GUI 方式中只显示热材料特性。方式中只显

4、示热材料特性。实常数实常数主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。ANSYSANSYS热分析热分析第7页/共99页第八页，共100页。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第8页/共99页第九页，共100页。相应的节点处的有限元平衡相应的节点处的有限元平衡(pnghng)方程为方程为:0.qzTkzyTkyxTkxzzyyxxQKT ANSYSANSYS热分析热分析第9页/共99页第十页，共100页。束。它也可以束。它也可以(ky)在非线性分在非线性分析中用于估计随温度变化材料析中用于估计随温度变化材料特性的初值。特性的初值。n热流率热流率n是集中节点载荷。正的热流率是集中节点载

5、荷。正的热流率表示热量流入模型。热流率同表示热量流入模型。热流率同样可以样可以(ky)施加在关键点上。施加在关键点上。此载荷通常用于不能施加对流此载荷通常用于不能施加对流和热通量的情况下。施加该载和热通量的情况下。施加该载荷到热传导率相差很大的区域荷到热传导率相差很大的区域上时应注意。上时应注意。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第10页/共99页第十一页，共100页。正的热流正的热流(rli)密度值表示热密度值表示热量流入模型。量流入模型。n热生成率热生成率n作为体载荷施加，代表体内生作为体载荷施加，代表体内生成的热，单位是单位体积内的成的热，单位是单位体积内的热流热流(r

6、li)率。率。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第11页/共99页第十二页，共100页。n3. 面载荷面载荷 - 在面上的分布载在面上的分布载荷荷(对流、热流密度对流、热流密度)n4. 体载荷体载荷 - 体积或场载荷体积或场载荷（热生成）（热生成）ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第12页/共99页第十三页，共100页。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第13页/共99页第十四页，共100页。由于受随时间变化的载荷和边界条件由于受随时间变化的载荷和边界条件,如果需要知道系统随时间的响应，就需要进行瞬态分析如果需要知道系统随时间的响应，就需要

7、进行瞬态分析(fnx) 。热能存储效应在稳态分析热能存储效应在稳态分析(fnx)中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态分析中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态分析(fnx)中只用于计数，现在有了确定的物理含义。中只用于计数，现在有了确定的物理含义。涉及到相变的分析涉及到相变的分析(fnx)总是瞬态分析总是瞬态分析(fnx)。时变时变(sh bin)载载荷荷时变响应时变响应ANSYSANSYS热分析热分析第14页/共99页第十五页，共100页。除了导热系数除了导热系数 (k), 还要定义密度还要定义密度 (r) 和和 比热比热 (c ) 。 稳态分析和瞬态分析对明显的区别在于加载和求解稳态分析和瞬

8、态分析对明显的区别在于加载和求解(qi ji) 过程。过程。* MASS71热质量单元比较特热质量单元比较特殊，它能够存贮热能单不能传殊，它能够存贮热能单不能传导导(chundo)热能。因此，本热能。因此，本单元不需要热传导单元不需要热传导(chundo)系数。系数。ANSYSANSYS热分析热分析第15页/共99页第十六页，共100页。回忆线性系统热分析的控制方程矩阵回忆线性系统热分析的控制方程矩阵(j zhn)形式。热存储项的计入将静态系统形式。热存储项的计入将静态系统转变为瞬态系统转变为瞬态系统:在瞬态分析中，载荷随时间变化在瞬态分析中，载荷随时间变化. . . . . 或或,对于非线性

9、瞬态分析对于非线性瞬态分析, 时间时间 和和 温度温度: QTKTC tQTKTC tTQTTKTTC,热存储项热存储项 = (比热矩阵比热矩阵(j zhn) x (时间对温时间对温度的微分度的微分)ANSYSANSYS热分析热分析第16页/共99页第十七页，共100页。选择合理的时间步很重要选择合理的时间步很重要(zhngyo)，它影响求解的精度和收敛性。，它影响求解的精度和收敛性。如果时间步长如果时间步长 太小太小, 对于有中间节点的单元对于有中间节点的单元(dnyun)会形成不切实际的振荡，造成温度会形成不切实际的振荡，造成温度结果不真实。结果不真实。TtD D t如果时间步长如果时间步

10、长 太大太大, 就不能得到就不能得到足够的温度梯度。足够的温度梯度。一种方法是先指定一个相对较保守的初始时间步长，然后使用自动时间步长按需要增加时间步。下面说明使用自动时间步长大致估计初始时间步长的方法。一种方法是先指定一个相对较保守的初始时间步长，然后使用自动时间步长按需要增加时间步。下面说明使用自动时间步长大致估计初始时间步长的方法。ANSYSANSYS热分析热分析第17页/共99页第十八页，共100页。在瞬态热分析中大致估计初始时间步长，可以使用在瞬态热分析中大致估计初始时间步长，可以使用Biot和和Fourier数。数。 Biot 数数 是无量纲的对流是无量纲的对流(duli)和传导热

11、阻的比率和传导热阻的比率:其中其中 D x是名义单元宽度是名义单元宽度, h是平均对流是平均对流(duli)换热系数，换热系数，K 是平均导热系数。是平均导热系数。Fourier 数数 是无量纲的时间是无量纲的时间(Dt/t ) , 对于宽度为对于宽度为D x 的单元它量化了热传导与热存储的相对比率的单元它量化了热传导与热存储的相对比率:其中其中 r 和和 c 是平均的密度和比热。是平均的密度和比热。KxhBiD2)( xctKFoDDANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第18页/共99页第十九页，共100页。如果如果Bi 1: 时间步长可以用时间步长可以用Fourier 和和

12、 Biot数的乘积预测数的乘积预测:求解求解 D t 得到得到: (Again, where 0.1 b 0.5)时间步长的预测精度随单元宽度的取值，材料特性的平均方法时间步长的预测精度随单元宽度的取值，材料特性的平均方法(fngf)和比例因子和比例因子b 而变化。而变化。DDDDDxcthKxhxctKBiFo2)(cKandwherexKxctDDD5 . 01 . 0,)()(22hxctDDANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第19页/共99页第二十页，共100页。ANSYS缺省情况下是稳态分析。使用下列求解菜单指定缺省情况下是稳态分析。使用下列求解菜单指定(zhdng

13、)要进行瞬态分析要进行瞬态分析:“FULL” 是瞬态热分析唯一(wi y)可以使用的选项。7. 用户要输入求解选项，并不是只对热分析有效用户要输入求解选项，并不是只对热分析有效 (如求解器，如求解器，N-R 选项等选项等)143256ANSYSANSYS热分析热分析第20页/共99页第二十一页，共100页。初始条件初始条件 必须对模型的每个温度自由度定义，使得时间必须对模型的每个温度自由度定义，使得时间(shjin)积分过程得以开始。积分过程得以开始。施加在有温度约束的节点上的初始条件被忽略。施加在有温度约束的节点上的初始条件被忽略。根据初始温度域的性质，初始条件可以用以下方法之一指定根据初始

14、温度域的性质，初始条件可以用以下方法之一指定:注注: 如果没有指定如果没有指定(zhdng)初始温度初始温度，初始，初始DOF数值为数值为0。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第21页/共99页第二十二页，共100页。如果整个模型的初始温度为均匀如果整个模型的初始温度为均匀(jnyn)且非且非0，使用下列菜单指定，使用下列菜单指定:1234ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第22页/共99页第二十三页，共100页。如果模型的初始如果模型的初始(ch sh)温度分布已知但不均匀，使用这些菜单将初始温度分布已知但不均匀，使用这些菜单将初始(ch sh)条件施加在

15、特定节点上条件施加在特定节点上:4. 用图形选取或输入点号的方法确定要建立用图形选取或输入点号的方法确定要建立(jinl)初始温度的节点。初始温度的节点。5. 单击单击 OK.注注: 当手动或借助于输入文件输入当手动或借助于输入文件输入IC命令时，可以使用节点组元名来区分节点。命令时，可以使用节点组元名来区分节点。12354ANSYSANSYS热分析热分析第23页/共99页第二十四页，共100页。注注: 没有定义没有定义(dngy)DOF初始温度的节点其初始温度缺省为初始温度的节点其初始温度缺省为TUNIF命令指定的均匀数值。命令指定的均匀数值。6.选择选择 DOF 标记标记 “TEMP”。7

16、. 指定初始指定初始(ch sh)温度数值。温度数值。8. 完成后单击完成后单击OK。单击。单击APPLY重复操作，将初始重复操作，将初始(ch sh)温度指定到其它节点上。温度指定到其它节点上。678ANSYSANSYS热分析热分析第24页/共99页第二十五页，共100页。当模型中的初始温度分布是不均匀且未知的，单载荷步的稳态热分析可以用来确定瞬态分析前的初始温度。要这样做，按照下列步骤当模型中的初始温度分布是不均匀且未知的，单载荷步的稳态热分析可以用来确定瞬态分析前的初始温度。要这样做，按照下列步骤(bzhu):1. 稳态第一载荷步稳态第一载荷步:进入求解器，使用稳态分析类型。进入求解器，

17、使用稳态分析类型。施加稳态初始载荷和边界条件。施加稳态初始载荷和边界条件。为了方便，指定一个很小的结束时间为了方便，指定一个很小的结束时间 (如如1E-3 秒秒)。避免使用非常小的时间数值。避免使用非常小的时间数值 ( 1E-10) 因为可能形成数值错误。因为可能形成数值错误。指定其它所需的控制或设置指定其它所需的控制或设置 (如非线性控制如非线性控制)。求解当前载荷步。求解当前载荷步。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第25页/共99页第二十六页，共100页。施加瞬态分析施加瞬态分析(fnx)控制和设置。控制和设置。求解之前求解之前, 打开时间积分打开时间积分:求解当前瞬态

18、载荷步。求解当前瞬态载荷步。求解后续载荷步。时间积分效果保持打开直到在后面的载荷步中关闭为止。求解后续载荷步。时间积分效果保持打开直到在后面的载荷步中关闭为止。2. 后续载荷步为瞬态后续载荷步为瞬态:在第二个载荷步中，根据第一个载荷步施加在第二个载荷步中，根据第一个载荷步施加(shji)载荷和边界条件。记住删除第一个载荷步中多余的载荷。载荷和边界条件。记住删除第一个载荷步中多余的载荷。1234ANSYSANSYS热分析热分析第26页/共99页第二十七页，共100页。象刚刚说明的那样象刚刚说明的那样, 稳态分析可以迅速的变为瞬态分析，只要简单的在后续载荷步中将时间积分效果打开。稳态分析可以迅速的

19、变为瞬态分析，只要简单的在后续载荷步中将时间积分效果打开。同样，瞬态分析可以变成稳态分析，只要简单的在后续载荷步中将时间积分效果关闭。同样，瞬态分析可以变成稳态分析，只要简单的在后续载荷步中将时间积分效果关闭。结论结论: 从求解方法从求解方法(fngf)来说，瞬态分析和稳态分析的差别就在于时间积分。来说，瞬态分析和稳态分析的差别就在于时间积分。ANTYPE,TRANS + TIMINT,OFF ANTYPE,STATICANTYPE,STATIC + TIMINT,ON ANTYPE,TRANSANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第27页/共99页第二十八页，共100页。在本例

20、中，不是在分析的开始关闭时间在本例中，不是在分析的开始关闭时间(shjin)积分效果来建立初始条件，而是在分析的结束关闭时间积分效果来建立初始条件，而是在分析的结束关闭时间(shjin)积分来积分来“加速加速”瞬态。瞬态。通常，分析的目标将将瞬态热现象中最严重的温度梯度通常，分析的目标将将瞬态热现象中最严重的温度梯度定量。这些梯度通常在瞬态的初始阶段发生定量。这些梯度通常在瞬态的初始阶段发生,并在系统进并在系统进入稳态时随时间衰减。入稳态时随时间衰减。当系统响应稳定后，后面的结果就没有意义了，分析可当系统响应稳定后，后面的结果就没有意义了，分析可以简单的结束或如果稳态温度场也需要以简单的结束或

21、如果稳态温度场也需要(xyo)得到，得到，就在最后载荷步关闭时间积分效果。就在最后载荷步关闭时间积分效果。注意改变到稳态边界时的突变。注意改变到稳态边界时的突变。最后一个载荷步的终止时间可以最后一个载荷步的终止时间可以是任意的是任意的,但必须比前面的瞬态载但必须比前面的瞬态载荷步时间数值要大。荷步时间数值要大。ANSYSANSYS热分析热分析第28页/共99页第二十九页，共100页。打开控制打开控制 用于在当瞬态热分析接近稳态时让自动时间步用于在当瞬态热分析接近稳态时让自动时间步 “打开打开”(增加增加)时间步长。在缺省情况下，如果连续时间步长。在缺省情况下，如果连续3个子步间的最大温度变化都

22、小于个子步间的最大温度变化都小于 0.1个温度单位，那么时间步长将迅速增加以提高效率。这个控制只能在求解控制中实现。用这些菜单改变个温度单位，那么时间步长将迅速增加以提高效率。这个控制只能在求解控制中实现。用这些菜单改变(gibin)设置设置:3. 指定温度指定温度(wnd)。4. 指定门槛值。指定门槛值。5. 指定子步数。指定子步数。6. 单击单击OK。123456ANSYSANSYS热分析热分析第29页/共99页第三十页，共100页。要准确模拟系统的瞬态响应，载荷必须以正确的幅值，在正确的时间和正确的速率施加。要准确模拟系统的瞬态响应，载荷必须以正确的幅值，在正确的时间和正确的速率施加。回

23、忆一下载荷在载荷步中相对时间可以是阶跃的或渐变的回忆一下载荷在载荷步中相对时间可以是阶跃的或渐变的:ANSYS 缺省是渐变加载的。渐变加载可以提高瞬态求解的适应性，如果有非线性时可以提高收敛性。参考缺省是渐变加载的。渐变加载可以提高瞬态求解的适应性，如果有非线性时可以提高收敛性。参考(cnko)第第4章学习章学习ANSYS如何处理渐变载荷。如何处理渐变载荷。ANSYSANSYS热分析热分析(fnx)(fnx)第30页/共99页第三十一页，共100页。要模拟阶跃载荷，将载荷在很短的时间内渐变(jinbin)施加到全值，然后在后续载荷步中保持不变。问题问题: 对茶壶进行瞬态热分析。在底上施加热流模

24、拟炉子的加热。热流载对茶壶进行瞬态热分析。在底上施加热流模拟炉子的加热。热流载荷应该是阶跃的还是渐变的如果荷应该是阶跃的还是渐变的如果 . . .1. 茶壶在一个茶壶在一个(y )刚燃着的炉子上刚燃着的炉子上2. 茶壶载一个茶壶载一个(y )已经很热的炉子上已经很热的炉子上ANSYSANSYS热分析热分析第31页/共99页第三十二页，共100页。当进行直接当进行直接(zhji)耦合时耦合时, 多个物理场（如热多个物理场（如热电）的自由度同时进行计算。这称为直接电）的自由度同时进行计算。这称为直接(zhji)方法，适用于多个物理场各自的响应互相依赖的情况。由于平衡状态要满足多个准则才能取得，直接

25、方法，适用于多个物理场各自的响应互相依赖的情况。由于平衡状态要满足多个准则才能取得，直接(zhji)耦合分析往往是非线性的。每个结点上的自由度越多，矩阵方程就越庞大，耗费的机时也越多。耦合分析往往是非线性的。每个结点上的自由度越多，矩阵方程就越庞大，耗费的机时也越多。下表列出了下表列出了ANSYS中可以用作直接耦合分析的单元类型。中可以用作直接耦合分析的单元类型。不是所有单元都有温度自由度。不是所有单元都有温度自由度。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第32页/共99页第三十三页，共100页。结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第33页/共99页第三十四页，共100页。铝板

26、的温度将影响铝板的温度将影响(yngxing)材料弹塑性材料弹塑性特性和热应变。特性和热应变。机械和热载荷使得板产生大应变。新的热机械和热载荷使得板产生大应变。新的热分析必须计入形状改变。分析必须计入形状改变。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第34页/共99页第三十五页，共100页。传导线圈在钢芯周围产生电磁场。该区域传导线圈在钢芯周围产生电磁场。该区域 的交变电流在钢芯内产生焦耳热。的交变电流在钢芯内产生焦耳热。钢芯在热作用钢芯在热作用(zuyng)下产生高温，由于下产生高温，由于温度变化梯度很大，因此必须考虑钢芯材温度变化梯度很大，因此必须考虑钢芯材料特性随温度的变化。而且，磁场变化的料

27、特性随温度的变化。而且，磁场变化的强度和方向都会改变。强度和方向都会改变。象这种电磁场谐波分析，只要得出磁向量势象这种电磁场谐波分析，只要得出磁向量势A，就能计就能计算出电流密度向量算出电流密度向量J。它用来计算下式中的焦耳热它用来计算下式中的焦耳热:22maxRIPowerRMSQj结构结构- -热耦合分析热耦合分析第35页/共99页第三十六页，共100页。结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第36页/共99页第三十七页，共100页。结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第37页/共99页第三十八页，共100页。热热 结构结构热热 结构结构许多许多(xd

28、u)问题需要热到结构问题需要热到结构 的耦合的耦合(温度引起的热膨胀温度引起的热膨胀)但反之不可但反之不可 结构到热结构到热 耦合是可以忽略的耦合是可以忽略的(小的应变将不对初始的热分析结果产生影响小的应变将不对初始的热分析结果产生影响)在实用问题中，这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用的是单场单元，不用进行多次迭代计算。在实用问题中，这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用的是单场单元，不用进行多次迭代计算。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第38页/共99页第三十九页，共100页。叶片和盘中的温度会产生热膨胀应变。这会显叶片和盘中的温度会产生热膨胀应变。这会显著影响应力状态。著影响

29、应力状态。由于应变较小，而且接触区域是平面由于应变较小，而且接触区域是平面(pngmin)对平面对平面(pngmin)的，因此温度解的，因此温度解不用更新。不用更新。Disk SectorAirfoilPlatformRoot下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方法进行分析的例子下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方法进行分析的例子:热热-结构结构(jigu):透平机叶片部件分析透平机叶片部件分析这种分析又叫做热应力分析。这种分析又叫做热应力分析。这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描述。这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描述。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第39页/共9

30、9页第四十页，共100页。热热-电电:嵌于玻璃嵌于玻璃(b l)盘的电热器盘的电热器嵌于玻璃盘的电热器中有电流。这使嵌于玻璃盘的电热器中有电流。这使得电线中有焦耳热产生。得电线中有焦耳热产生。 由于热效应，电线和盘中温度增加由于热效应，电线和盘中温度增加(zngji)。由于系统的温度变化不大。由于系统的温度变化不大，热引起的电阻变化被忽略。因此，热引起的电阻变化被忽略。因此，电流也是不变的。电流也是不变的。当电压当电压V求解后，可以用于下式中求解焦耳求解后，可以用于下式中求解焦耳热热:RVPowerQj2+ V -结构结构- -热耦合分析热耦合分析第40页/共99页第四十一页，共100页。结构

31、结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第41页/共99页第四十二页，共100页。单元类型单元类型(lixng)和选项和选项节点和单元坐标系节点和单元坐标系耦合和约束方程耦合和约束方程分析和载荷步选项分析和载荷步选项载荷和边界条件载荷和边界条件GUI 界面和标题界面和标题在建立带有物理环境的模型时，要选择相容于所在建立带有物理环境的模型时，要选择相容于所有物理场的单元类型。例如，有物理场的单元类型。例如， 8节点的热块单节点的热块单元与元与8节点的结构块单元相容，而不与节点的结构块单元相容，而不与10节点结节点结构单元相容构单元相容:yesno在使用降阶单元形状时要注意。具有相同基

32、本形状的单元不一定支持该种单元的降阶模式。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第42页/共99页第四十三页，共100页。结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第43页/共99页第四十四页，共100页。这种划分方法在热分析中可以得到满意的温度分布，但. . . . . 这样的网格密度在结构分析中才能得到准确的结果。结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第44页/共99页第四十五页，共100页。结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第45页/共99页第四十六页，共100页。1热模型自动转换为结构热模型自动转换为结构(jigu)模型，使用模型，使用

33、ETCHG 命令命令(见相应单元表格见相应单元表格)。温度可以直接从热分析结果文件读出并温度可以直接从热分析结果文件读出并使用使用LDREAD 命令施加到结构模型上。命令施加到结构模型上。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第46页/共99页第四十七页，共100页。2结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第47页/共99页第四十八页，共100页。相同相同(xin tn)网格网格?5A. 将热模型将热模型(mxng)转换为转换为结构模型结构模型(mxng) (ETCHG)5a. 清除热网格并建立结构网清除热网格并建立结构网格格Yes(Option 1)No (Option 2)5

34、B. 读入热载荷读入热载荷 (LDREAD)5b.写节点文件写节点文件(NWRITE) 并存储结构文件并存储结构文件5c.读入热模型并进行读入热模型并进行温度插值温度插值 (BFINT)5d. 读入结构模型并读读入结构模型并读入体载荷文件入体载荷文件 (/INPUT)6. 指定分析类型，分析选项指定分析类型，分析选项和载荷步选项和载荷步选项7. 指定参考温度并施指定参考温度并施加其它结构载荷加其它结构载荷8. 存储并求解存储并求解9. 后处理后处理结束结束 1.建立，加载，求解建立，加载，求解热模型热模型2.后处理确定要传到结后处理确定要传到结构的温度构的温度3. 设置设置 GUI过滤，改变工

35、作文过滤，改变工作文件名并删除热载荷，件名并删除热载荷， CEs, CPs4.定义结构材料特性定义结构材料特性开始开始 结构结构- -热耦合分析热耦合分析第48页/共99页第四十九页，共100页。1.建立热模型并进行瞬态或稳态热分析，得到节点建立热模型并进行瞬态或稳态热分析，得到节点(ji din)上的温度。上的温度。2.查看热结果并确定大温度梯度的时间点查看热结果并确定大温度梯度的时间点 (或载荷步或载荷步/子步子步)。3a. 将将GUI过滤设置为过滤设置为“Structural” 和和 “Thermal”。3b.改变工作文件名。改变工作文件名。213b下面下面(xi mian)是热是热-应

36、力分析的每步细节。应力分析的每步细节。3a结构结构- -热耦合分析热耦合分析第49页/共99页第五十页，共100页。3c. 删除所有删除所有(suyu)热载荷热载荷3d. 删除耦合序列和约束方程删除耦合序列和约束方程3d3c结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第50页/共99页第五十一页，共100页。4. 定义结构定义结构(jigu)材料特性，包括热膨胀系数材料特性，包括热膨胀系数 (ALPX)。4非线性材料特性如塑性(sxng)和蠕变在数据表格下定义结构结构- -热耦合分析热耦合分析第51页/共99页第五十二页，共100页。下面两页下面两页 (步骤步骤 5A 和和 5B)

37、假设假设(jish)热网格在结构中同样使用热网格在结构中同样使用 (选项选项 1).5A. 改变单元类型，从热到结构改变单元类型，从热到结构 (ETCHG 命令命令):检查实常数和单元检查实常数和单元(dnyun)选项是否正确。选项是否正确。5AResets optionsRetains options结构结构- -热耦合分析热耦合分析第52页/共99页第五十三页，共100页。5B. 从热分析中施加温度从热分析中施加温度(wnd)体载荷体载荷(LDREAD 命令命令):9. Solve current load step5B确定温度结果文件确定结果的时间和子步结构结构(jigu)-(jigu)

38、-热耦合分析热耦合分析第53页/共99页第五十四页，共100页。下面六页下面六页 (步骤步骤(bzhu) 5a-5d) 假设热网格不在结构模型中使用假设热网格不在结构模型中使用 (选项选项2)。5a.清除热网格清除热网格 . . . 删除热单元类型并定义结构单元类型删除热单元类型并定义结构单元类型. . .改变改变(gibin)网格控制并划分结构模型。网格控制并划分结构模型。结构结构- -热耦合分析热耦合分析第54页/共99页第五十五页，共100页。5b.选择选择(xunz)温度体载荷的所有节点并写入节点文件。温度体载荷的所有节点并写入节点文件。5b指定(zhdng)节点文件名结构结构- -热

39、耦合分析热耦合分析第55页/共99页第五十六页，共100页。5c.存储结构模型，将工作文件名改为存储结构模型，将工作文件名改为(i wi)热工作文件名，读入热数据库热工作文件名，读入热数据库. . .进入通用后处理器进入通用后处理器 . . . 结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第56页/共99页第五十七页，共100页。读入需要读入需要(xyo)的结果序列，并的结果序列，并 . . . 进行体载荷插值进行体载荷插值:节点(ji din)文件名写出的载荷文件名用于写多个载荷文件使用体-体结构结构- -热耦合分析热耦合分析第57页/共99页第五十八页，共100页。有些情况下热

40、网格和结构网格并不完全一致。这时，有些情况下热网格和结构网格并不完全一致。这时，ANSYS对超过热模型的结构模型对超过热模型的结构模型节点进行体载荷插值。节点进行体载荷插值。缺省的判断准则是看插值的结构节点到热单元边界的距离缺省的判断准则是看插值的结构节点到热单元边界的距离(jl)是否小于单元边长的是否小于单元边长的0.5 倍。一个在倍。一个在5.4版没有写入手册的特性允许用户控制该公差数值：版没有写入手册的特性允许用户控制该公差数值： 本命令没有本命令没有GUI路径。因此，命令只能在输入窗口中手工输入。路径。因此，命令只能在输入窗口中手工输入。BFINT, Fname1, Ext1, Dir

41、1, Fname2, Ext2, Dir2, KPOS, Clab, KSHS, EXTOL例如: 如果结构网格包括在热模型(mxng)中不存在的圆角时，许多节点将落在热模型(mxng)的外面。如果圆角足够大而且热模型(mxng)足够细致，圆角区域的载荷将不能写出。Using the default tolerance, these two nodes would not be assigned a load热网格热网格结构网格边界结构网格边界结构结构- -热耦合分析热耦合分析第58页/共99页第五十九页，共100页。5d. 退出通用退出通用(tngyng)后处理器，将工作文件名改为结构工作文

42、件名，读入结构数据库后处理器，将工作文件名改为结构工作文件名，读入结构数据库. . .进入求解器进入求解器 . . .读入载荷文件施加温度载荷读入载荷文件施加温度载荷:结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第59页/共99页第六十页，共100页。6a.定义结构分析类型定义结构分析类型(缺省为静态缺省为静态)6b.指定分析选项指定分析选项 (如求解器选项如求解器选项)6c.指定载荷步选项指定载荷步选项(如，输出如，输出(shch)控制控制)6a6b6c结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第60页/共99页第六十一页，共100页。7a.设置求解热膨胀时自由设置

43、求解热膨胀时自由(zyu)应变参考温度应变参考温度 (TREF):7结构结构(jigu)-(jigu)-热耦合分析热耦合分析第61页/共99页第六十二页，共100页。7b.施加其它结构载荷施加其它结构载荷(zi h)。8.存储模型并求解当前载荷存储模型并求解当前载荷(zi h)步。步。7b989. 结果结果(ji gu)后处理后处理:结构结构- -热耦合分析热耦合分析第62页/共99页第六十三页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第63页/共99页第六十四页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第64

44、页/共99页第六十五页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第65页/共99页第六十六页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第66页/共99页第六十七页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第67页/共99页第六十八页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第68页/共99页第六十九页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)第69页/共99页第七十页，共100页。ANS

45、YSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)示例示例第70页/共99页第七十一页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)示例示例第71页/共99页第七十二页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)示例示例第72页/共99页第七十三页，共100页。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)示例示例第73页/共99页第七十四页，共100页。 固定支撑：为确保薄板的底部固定于平板，需要设置固定支撑条件。右击目录树中Transient Stress，在快捷菜单中选择I

46、nsert Fixed Support用旋转键 旋转几何模型，以便(ybin)可以看见模型底面（low-y），然后选择 并点击底面（low-y）在Details窗口，选择Geometry，然后点击No Selection使Apply按钮出现（如果需要）。点击Apply以设置固支。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)示例示例第74页/共99页第七十五页，共100页。通过钮在流固界面上选择三个面（low-x, high-y and high-x faces），注意这样会自动生成1个流固界面。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析(fnx)(fnx)示例示例第75页/共99页第七十六页，共10