高级分析技术耦合场

耦合场分析第13

章本章简单讨论如何进行热-应力分析。有两重目的：如何在应力分析中施加热荷载。介绍耦合场分析。第13章–耦合场分析概述热应力产生结构受热或变冷时，由于热胀冷缩产生变形。若变形受到某些限制—如位移约束或相反的压力—则在结构中产生热应力。产生热应力的另一个原因，是由于材料不同而形成的不均匀变形（如，不同的热膨胀系数）。由约束产生热应力由不同材料产生热应力第13章–耦合场分析…概述在ANSYS

中求解热-应力问题有两种方法。这两种方法各有所长。顺序耦合传统方法是使用两种单元类型，将热分析的结果作为结构的温度荷载。+当热瞬态分析时间点很多，但结构时间点很少时效率较高。+很容易用输入文件实现自动处理。直接耦合+比较新的方法，用一种单元类型就能求解两种物理场问题。+热和结构之间可实现真正的耦合。在某些分析中可能耗费过多开销。第13章–耦合场分析…概述顺序耦合方法涉及两种分析：1.

先作稳态（或瞬态）热分析。建立热单元模型。施加热荷载。求解并检查结果。2.

然后作静力结构分析。把单元类型转换成结构单元。定义包括热膨胀系数在内的结构材料特性。施加包括从热分析得到的温度在内的结构荷载。求解并检查结果。热分析结构分析jobname.rthjobname.rst温度第13章–耦合场分析顺序耦合方法热分析–

该过程在第11

章中描述。结构分析进入前处理，把热单元类型转换成结构单元。Main

Menu

>

Preprocessor

>

Element

Type

>

Switch

Elem

Type或用ETCHG

命令注意：转换单元类型时，所有单元选项重新设置回原来缺省状态。例如，若用户在热分析中使用的2-D轴对称单元，则需要在转换后重新指定轴对称选项，因此，一定要确保设置正确的单元选项：Main

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>

Preprocessor>

Element

Type

>

Add/Edit/Delete

>

[Options]或用ETLIST

和KEYOPT

命令第13章–耦合场分析…顺序耦合方法定义结构的材料性质(EX等)，包括热膨胀系数(ALPX)(若使用的是

ANSYS

提供的材料库，材料的热特性和结构特性均已定义，该项可以省略).注意：如果没有定义ALPX，或将该项设置为零，则不计算热应变。可以用该项技巧“关闭”温度的影响。指定静力分析类型，这一步只在热分析是瞬态分析时用。MainMenu>Solution>Analysis

Type>New

Analysis或用ANTYPE

命令第13章–耦合场分析…顺序耦合方法施加结构荷载，而把温度作为荷载的一部分。Main

Menu

>

Solution

>

Define

Loads

>

Apply

>

Structural>

Temperature

>From

Therm

Analy或用LDREAD

命令。求解。观察应力结果。第13章–耦合场分析…顺序耦合方法直接耦合方法，通常只涉及用耦合单元的分析，单元必须包括热、结构的自由度。首先用以下耦合单元之一建立模型并划分网格。PLANE13(平面实体单元)。SOLID5(六面体单元)。SOLID98(四面体单元)。在模型上施加结构荷载、热荷载及约束。求解并查看热和结构结果。Combined热分析结构分析jobname.rst第13章–耦合场分析直接耦合方法顺序方法对非高度非线性耦合情况，顺序方法更有效、灵活，因为它可以独立执行两种分析。在顺序方法热-应力分析中，例如，在非线性瞬态分析之后可以紧接着进行线性静力分析，然后可以把热分析中任意荷载步或时间点的节点温度作为应力分析的荷载。直接方法对耦合场是高度非线性情况，直接方法更好，并且该方法用耦合公式单一求解时是最好的。直接耦合的例子，包括压电分析，有流体流动的共轭传热分析及电

路电磁分析。第13章–耦合场分析顺序耦合方法与直接耦合方法比较请参考