ANSYS热应力分析实例

1、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ANSY號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，贝冋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一间

2、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 一使用耦合单元。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

3、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LINK32LINK1LINK33LINK8PLANE35PLANE2PLANE55PLANE42SHELL57SHELL63PLANE67PLANE42LINK68LINK8SOLID79SOLID45MASS71MASS21PLANE75PLANE25PLANE77PLANE82PLANE78PLANE83PLANE87PLANE92PLANE90PLANE95SHELL157SHELL63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:Main Me

4、nu>Preprocessor>Element Type>Switch Element Typ，选择 Thermal tStructual。但要注意设定相应的单元选项。例如热单元的轴对称不能自动转换到结构单 元中，需要手工设置一下。在命令流中，可将原热单元的编号重新定义为结构单 元，并设置相应的单元选项。设置结构分析中的材料属性（包括热膨胀系数）以及前处理细节，如节点耦 合、约束方程等。读入热分析中的节点温度，GUI: Solution>Load Apply>Temperature>From Thermal Analysis 输入或选择 热分析的结果文件名*

5、.rth。如果热分析是瞬态的，则还需要输入热梯度最大时的 时间点或载荷步。节点温度是作为体载荷施加的，可通过 UtilityMen u>List>Load>Body Load>On all node列 表输出。设置参考温度，Mai n Men u>Solutio n>Load Setti ng>Refere nee Temp进行求解、后处理。间接法热应力分析实例问题描述iwri niMritdfiM3中国软件网 5OFF6.匚口刚热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为 hr-in-oF,弹性模量为

6、28E6lb/in2泊松比为。管内压力为1000 Ib/in2,管内流体温度为450 oF,对流系数为1 Btu/hr-i n2-oF,外界 流体温度为70 oF，对流系数为 Btu/hr-in2-oF。求温度及应力分布。菜单操作过程设置分析标题1、选择 “ Utility Men u>File>Cha nge Title 输入 In direct thermal-stress An alysis of a cooli ng fin。2、选择 “ Utility Me nu>File>Cha nge File name 输入 ”IPE_FIN进入热分析，定义热单元和热材

7、料属性1、选择 “ Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 选择” PLANE55设定单元选项为轴对称。2、 设定导热系数：选择 “ Mai n Men u>Preprocessor>Material Porps>MaterialModels” 点击 Thermal，Conductivity， Isotropic，输入。创建模型1、创建八个关键点，选择“ Ma in Men u>Preprocessor>Creat>Keypoi nts> OnActive CS，”关键点

8、的坐标如下：编号12345678X5612126655Y000112、组成三个面：选择 “ Main Menu>Preprocessor>Creat>Area>Arbitrary>ThrouthKps”，由1,2,5,8组成面1;由2,3,4,5组成面2;由8,5,6,7组成面3。3、设定单元尺寸，并划分网格：“ Main Menu>Preprocessor>Meshtool,设定global size 为，选择 AREA Map ped. Mesh，点击 Pick all。施加荷载1、选择 “ Utility Menu >Select>E

9、 ntities>Nodes>By locatio n>X coord in atesFromFull，”输入5,点击OK选择管内壁节点；2、 在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“ MainMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes，点击 Pick, all，输入对流换热系数 1,流体环境温度450。3、选择 “ Utility Menu >Select>E ntities>Nodes>By locatio n>X coord in atesFrom Full，”输入6,12，点击Ap

10、ply；4、选择 “ Utility Menu >Select>E ntities>Nodes>By locatio n>Y coord in at，s Reselect，”输入，1，点击 Apply；5、选择 “ Utility Menu >Select>E ntities>Nodes>By locatio n>Y coord in at，sAlso select，”输入 12，点击 OK6、 在管外边界上施加对流边界条件：选择“ Mai nMenu>Solution>Apply>Coivection>On

11、nodes，'点击 Pick, all，输入对流换热系数， 流体环境温度70。求解1、 选择 “ Utility Menu>Select>Select Everything”2、 选择 “ Main Menu>Solution>Solve Current LS”后处理1 显示温度分布：选择 “ Main Men u>Ge neral Postproc>Plot Result>NodalSolutio n>Temperature。重新进入前处理，改变单元，定义结构材料1 选择 “ Ma in Menu >Preprocessor>

12、;Eleme nt Type>Switch Elem Typ选择 ”Thermal to Structure 02、选择 “ Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 点击”Option，将结构单元设置为轴对称。3、选择 “ Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Material Models 输入材”料的 EX为 28E6, PRXY为，ALPX为。定义对称边界条件1 选择 “ Utity Menu>Select>Entities>N

13、odes>By location>Y coordinates FromFull，”输入0，点击Apply;2、选择 “ Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>丫 coordinat，sAlsoselect，”输入 1，点击 Apply；3、选择 “ Main Menu>Solution>Apply>Displacement>Symmetry . On Nodes 点击 Pick All,选择 Y axis 点击 OK；施加管内壁压力1、选择 “ Utility Menu &

14、gt;Select>E ntities>Nodes>By locatio n>X coord in atesFrom Full，”输入5,点击OK2、选择 “ Main Menu>Solution>Apply>Pressure>On node,点击” Pick All,输入 1000。设置参考温度1、 选择 “ Utility Menu>Select>Select Everything”2、选择 “ Main Menu>Solution>_oads-Seting>Referenee Temp 输入 70。读入热分析结

15、果1、选择 “ Main Menu>Solution>Apply>Temperature>From Thermal Analysis> 选择。求解选择 “ Main Menu>Solution>Solve Current LS ”后处理选择 “ Main Menu>General Postpro>Plot Result>Nodal Solution>Stress>Von Mises ”。显示等效应力。等效的命令流方法/file name,pipe_fi n/TITLE,Thermal-Stress An alysis of

16、 a cooli ng fin/prep7!进入前处理et,1,pla ne55!定义热单元keyopt,1,3,1!定义轴对称mp,kxx,1,!定义导热系数k,1,5!建模k,2,6k,3,12k,4,12,k,5,6,k,6,6,1k,7,5,1k,8,5,a,1,2,5,8a,2,3,4,5a,8,5,6,7esize，定义网格尺寸amesh,all!划分网格eplotfin ish/solu!热分析求解nsel,s,loc,x,5选择内表面节点sf,all,co nv,1,450施加对流边界条件n sel,r,loc,y,1n sel,a,loc,x,12sf,all,co nv,7

17、 0施加对流边界条件nsel,all/pse,c onv ,hcoef,1n plotsolve!求解生成文件fin ish/postlpin sol,temp!得到温度场分布fin ish/prep7 !重新进入前处理etchg,tts!将热单元转换为结构单元plan e42keyopt,1,3,1!定义轴对称特性 mp,ex,1,28e6定义弹性模量mp, nu xy,1,!定义泊松比mp,alpx,1, !定义热膨胀系数fin ish/solu!进入结构分析求解nsel,s,loc,y, 0选择对称边界n sel,a,loc,y,1dsym,symm ,y!定义对称条件nsel,s,lo

18、c,x,5选择内表面sf,all,pres,1000施加压力边界条件nsel,all/pbc,all,1/psf,pres,1n plottref,70!设定参考温度ldread,temp,rth!读入节点温度/pbc,all,0/psf,pres,0 分布/pbf,temp,1eplotsolve!求解fin ish/post1,pl nsol,s,eqv!得到等效应力fin ish直接法热应力分析实例问题描述两个同心圆管之间有一个小间隙，内管中突然流入一种热流体，求经过钟后外管表面的温度。已知条件：热膨胀系数：5E-41/ oF泊松比：导热系数：10W/密度：7880Kg/m3比热：500

19、J/外管外半径：m外管内半径：m内管外半径：内管内半径：流体温度：300oC流体与内管内壁对流系数：300W/内、外管接触热导：oC命令流方法/filen ame,c on tact_thermal/title,c on tact_thermal example/prep7ux,uy,tempet,1,13,4,1!选择直接耦合单元PLANE13单元自由度为!定义为轴对称et,2,48!定义结构接触单元keyopt,2,1,1!设定接触单元的相应选项keyopt,2,7,1r,2,2e11,0,!定义接触单元实常数mp,ex,1,2e11!定义管材结构及热属性mp,alpx,1,5e-5mp,kxx,1,10mp,de ns,1,7880mp,c,1,500rect,0,!建模rect,0,amesh,allnsel,s,loc,x,!将内管内壁的X方向位移及温度耦合cp,1,ux,allcp,2,