ANSYS入门教程,第十二章,热

1、热分析热分析第第 12 章章INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003Novem

2、ber 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-2 2 2本章专门讨论热分析。本章专门讨论热分析。有两个目的：有两个目的：重申一般分析步骤。重申一般分析步骤。介绍热荷载和边界条件。介绍热荷载和边界条件。第第12章章 热分析热分析概述概述INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part

3、1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-3 3 3几何模型几何模型可以在可以在 ANSYS 中建立或输入。中建立或输入。包含改善模型的细节：包含改善模型的细节：目的是充分模拟结构的热量。目的是充分

4、模拟结构的热量。对流荷载需要施加到准确模拟的面。对流荷载需要施加到准确模拟的面。热生成荷载需要施加到准确模拟的体。热生成荷载需要施加到准确模拟的体。第第12章章 A. 前处理前处理几何模型几何模型INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part

5、 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-4 4 4单元类型单元类型下表为常用的热单元类型。下表为常用的热单元类型。节点自由度是：节点自由度是：TEMP。常用的热单元类型常用的热单元类型常用的热单元类型第第12章章 A. 前处理前处理网格划分网格划分 材料特性材料特性材料特性材料特性材料特性材料特性 至少需要至少需要至少需要至少需

6、要至少需要至少需要 KxxKxxKxx 稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。 如果施加内部热生成，则需要比热如果施加内部热生成，则需要比热如果施加内部热生成，则需要比热如果施加内部热生成，则需要比热如果施加内部热生成，则需要比热如果施加内部热生成，则需要比热 ( ( (C) C) C) 。 优先设置为优先设置为优先设置为优先设置为优先设置为优先设置为 “thermal” thermal” thermal” （热分析），在热分析），在热分析），在热分析），在热分析），在热分析），在 GUI GUI GUI 方式中

7、只显示热材料特性。方式中只显示热材料特性。方式中只显示热材料特性。方式中只显示热材料特性。方式中只显示热材料特性。方式中只显示热材料特性。 实常数实常数实常数实常数实常数实常数 主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。2-D Solid3-D Solid3-D ShellLine ElementsLinearPLANE55SOLID70SHELL57SHELL131LINK31,32,33,34QuadraticPLANE77PLANE35SOLID90SOLID87SHELL132INTRODUCTION TO

8、ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968In

9、ventory #001968Inventory #00196812-12-12-5 5 5热荷载可以是：热荷载可以是：温度温度模型中温度已知的范围。模型中温度已知的范围。热流热流热流率已知的点。热流率已知的点。热通量热通量单位面积上热流率已知的表面。单位面积上热流率已知的表面。对流对流热通过表面对流传给周围流体（或传入）热通过表面对流传给周围流体（或传入） 。 输入对流换热系数输入对流换热系数 h， 流体的平均温度流体的平均温度 Tb 。 热生成热生成体热生成率已知的范围。体热生成率已知的范围。绝热面绝热面“绝热面绝热面”， 该面不发生热传递。该面不发生热传递。辐射辐射通过辐射产生热传递的面

10、，输入辐射系数，通过辐射产生热传递的面，输入辐射系数，Stefan-Boltzmann常数，常数，“空间节点空间节点”温度作为可选项输入。温度作为可选项输入。* Not covered in this course第第12章章 B. 求解求解概述概述INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRO

11、DUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-6 6 6第第12章章 B. 求解求解节点坐标系节点坐标系不同于结构分析的位移和力边界条件，热分析的温度和热流边界条件不不同于结构分析的位移和力边界条件，热分析的温度和热流边界条件不依赖于节点坐标系。依赖于节点坐标系。INTRODUCT

12、ION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #0

13、01968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-7 7 7温度约束温度约束在模型上给定已知温度。在模型上给定已知温度。施加温度约束：施加温度约束：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Temperature选择施加约束的实体类型。选择施加约束的实体类型。在图形窗口拾取相应的实体。在图形窗口拾取相应的实体。然后输入温度值，缺省值为零。然后输入温度值，缺省值为零。或使用或使用 D 系列命令：系列命令： DK, DL, DA, D.第第12章章 B. 求解求解温度约束温度约束INTRODUCTION

14、 TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #0019

15、68Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-8 8 8施加热流，需要给出以下信息：施加热流，需要给出以下信息：节点或关键点号（也可以拾取）节点或关键点号（也可以拾取）热流值热流值 (单位必须与采用的单位制一致）单位必须与采用的单位制一致）使用：使用：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Heat Flow或用命令或用命令 FK 或或 F第第12章章 B. 求解求解集中热流集中热流INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0

16、 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-9

17、9 9热通量：热通量：施加热通量：施加热通量：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Heat flux 选择施加热通量的实体模型，选择施加热通量的实体模型， 2-D模型模型一般在线上，一般在线上，3-D 模型在面上。模型在面上。 在图形窗口拾取相应实体。在图形窗口拾取相应实体。 然后输入热通量值。然后输入热通量值。 或使用或使用 SF 系列命令：系列命令： SFL, SFA, SFE, SF。第第12章章 B. 求解求解热通量热通量INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS

18、 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-1

19、2-101010对流荷载对流荷载施加对流：施加对流：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Convection 选择施加对流的实体模型，通常选择施加对流的实体模型，通常 2-D 模型模型是在线上，是在线上，3-D 模型是在面上。模型是在面上。 在图形窗口中拾取所需实体。在图形窗口中拾取所需实体。 然后输入对流换热系数和环境温度值。然后输入对流换热系数和环境温度值。 或使用或使用 SF 系列命令：系列命令： SFL, SFA, SFE, SF。第第12章章 B. 求解求解对流对流INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part

20、 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968I

21、nventory #00196812-12-12-111111热生成热生成施加热生成：施加热生成：Maine Menu Solution Define Loads Apply Thermal Heat Generation 选择施加热生成的实体模型，通常对选择施加热生成的实体模型，通常对 2-D 模型是在面上，模型是在面上，3-D 模型是在体模型是在体上。上。 在图形窗口拾取相应的实体。在图形窗口拾取相应的实体。 然后输入热生成值。然后输入热生成值。 或使用或使用 BF 系列命令：系列命令： BFL, BFA, BFE, BF。第第12章章 B. 求解求解热生成热生成INTRODUCTION

22、TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #00196

23、8Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-121212绝热面绝热面“完全绝热完全绝热” 面，该面不发生任何热传递。面，该面不发生任何热传递。这是缺省条件，即，没有指定边界条件的任何面自动作为绝热面处理这是缺省条件，即，没有指定边界条件的任何面自动作为绝热面处理第第12章章 B. 求解求解绝热面绝热面INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0

24、 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-131313改变和删除荷载改变和删除荷载改变荷载值，只需用新的荷载代替原来荷载即可。改变荷载值，只需用新的荷载代替原来荷载即可。删除荷载：删

25、除荷载：Main Menu Solution Define Loads Delete删除实体模型荷载时，删除实体模型荷载时，ANSYS 自动删除所有相应的有限自动删除所有相应的有限元荷载元荷载第第12章章 B. 求解求解改变和删除荷载改变和删除荷载INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTROD

26、UCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-141414稳态与瞬态分析稳态与瞬态分析稳态分析，假定荷载是稳定状态，几乎不随时间变化。稳态分析，假定荷载是稳定状态，几乎不随时间变化。 瞬态分析，指荷载随时间而变化。瞬态分析，指荷载随时间而变化。例如，假定分析电熨斗，开始例如，假定分析

27、电熨斗，开始1 分钟到温度不再变化的热状态。分钟到温度不再变化的热状态。 电熨斗开始一分钟的运行状态应该是瞬态分析。电熨斗开始一分钟的运行状态应该是瞬态分析。而后到温度不再变化是稳态分析。而后到温度不再变化是稳态分析。第第12章章 B. 求解求解求解选择求解选择INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part

28、1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-151515 热分析结果观察一般包括：热分析结果观察一般包括： 温度分布温度分布 热梯度分布热梯度分布 热流通量分布热流通量分布第第12章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.

29、0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory

30、#001968Inventory #00196812-12-12-161616温度分布：温度分布：画温度等值线图：画温度等值线图：General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solution Temperature或使用或使用 PLNSOL 命令。命令。第第12章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSY

31、S 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-171717热梯度热梯度：画热梯度等值线图画热梯度等值线图：General Postproc Plot Results Conto

32、ur Plot Nodal Solu或用或用 PLNSOL 命令命令General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu或用或用 PLESOL 命令命令第第12章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1I

33、NTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-181818热流通量：热流通量：画热通量等值线图：画热通量等值线图：General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu或用或用 PLNSOL 命令命令General Pos

34、tproc Plot Results Contour Plot Element Solu或用或用 PLESOL 命令命令第第12章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training Man

35、ualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 2003Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-191919反向热流反向热流反向热流率之和必须与施加的热流率之和相等。反向热流率之和必须与施加的热流率之和相等。最好列表检查：最好列表检查：General Postprocessor List Results Reaction Solution或用或用 PRRSOL 命命令。令。第第12章章 C. 后处理后处理观察结

36、果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualTraining ManualTraining ManualNovember 3, 2003November 3, 2003November 3, 20

37、03Inventory #001968Inventory #001968Inventory #00196812-12-12-202020检查结果，以确信解是可靠的。根据求解问题的类型，确定要检查的内检查结果，以确信解是可靠的。根据求解问题的类型，确定要检查的内容。但是，有几个典型问题值得注意：容。但是，有几个典型问题值得注意：有限元计算结果与手工计算或实验数据是否一致？有限元计算结果与手工计算或实验数据是否一致？温度解是否正确？应先检查温度解是否正确？应先检查 FEA 温度解，因为温度解，因为 FEA 热通量是二阶结果热通量是二阶结果。反向热流是否与施加的热流平衡？反向热流是否与施加的热流平衡？最大热流位置在哪儿？最大热流位置在哪儿？如果热流奇异，例如是点荷载或凹角处，热流值通常没有意义。如果热流奇异，例如是点荷载或凹角处，热流值通常没有意义。第第12章章 C. 后处