Ansys热分析教程_第四章非线性因素课件

1、非线性热分析的其他考虑因素有： 1、学习交流PPT，在非线性热分析前处理考虑事项，非线性热分析模型和线性模型有共同点，但也有很多需要特别考虑的问题。 辐射：辐射是高非线性的。 辐射对传导矩阵(k )的影响是温度的三次方。 放射线使用特殊单元进行建模，在第8章中进行研究。 控制单元：可以改变诸如COMBIN37和COMBIN 40的状态，并常用来模拟诸如恒温槽等的温度控制。 这些单元的实常数比较复杂，必须慎重选择。 2、学习交流PPT，非线性分析预处理考虑因素(续)，MASS71机组具有随温度变化的发热率功能。 可以将此定义为随温度变化的材料属性和与温度的多项式关系。 多项式可以定义最多6个实数

2、常数，诸如：其中与温度相关联的输入：导致热模型中常见的非线性的原因是随着温度变化的边界条件(如对流热交换系数)和材料特性(如导热系数、热焓等)。 在这种情况下，用户必须使用根据温度变化的输入技术来应对(在第3章中讨论)。 3、学习交流PPT，以及非线性分析预处理考虑因素(继续)，多场单元：为多场单元或耦合场单元，以及包括温度自由度的单元。 由于单元SOLID5、平面13、平面67、链路68、SOLID69、SOLID98和SHELL157必须同时满足两个或更多个字段的平衡方程，因此它们是非线性的。 这些单元在第十章讨论。 热流体耦合单元FLUID66和FLUID116用于轴向传导和流体中的热质

3、量交换建模。 这些通常通过对流单元与外界表面相连。 如果流速未知，这些单元是非线性的。 因为流速和压力降的关系是非线性的。 这些单元在第七章讨论。 在本章的其馀部分，我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。 4、学习交流PPT，非线性分析加载求解中应考虑的因素，非线性热分析通常需要在ANSYS中激活一些特殊加载和控制特性。 例如，可能需要分较小的步施加载荷以确保收敛。 为了控制收敛标准和迭代次数，使用增强收敛的工具，非线性分析简单地介绍程序行为管理在不收敛的情况下通过非线性分析生成的大量数据。 详细说明可以参考ANSYS热分析指南的非线性热分析部分。 学习5、交流PPT、非线性分析程序。 以

4、下的加载和求解菜单选项有助于掌握本章讨论的内容：分析设定-稳态或瞬态、方程式求解器、温度偏差、牛顿拉夫森设定。 载荷-载荷插值设定、均匀的初始温度、载荷的应用、载荷的删除、比例载荷的应用、几何模型载荷向有限元模型的传递。 输出控制-类型、频率、结果文件和输出文件中的结果数据范围、图形解析跟踪的打开/关闭。 解决控制-自动解决控制的开/关。 时间/频率-时间/载荷步设定、自动时间步、载荷渐变/步、时间步复位、时间积分设定、1、2、3、4、5、6、通信PPT、非线性分析步(续)、非线性控制-收敛基准、平衡迭代、结束条件、 解决-解决当前载荷步骤。6、7、注：第一部分菜单项通常只使用一次。 在分析开

5、始时使用。 第2-7部分中的菜单项适用于每个载荷步骤。 第6部分的菜单仅用于非线性热分析。 7、学习交流PPT，自动解开控制，非线性分析需要大量的控制和设定选项，所以ANSYS开发了一种被称为“求解控制”的工具。 解决控制为大多数非线性和过渡问题提供了可靠和高效的设置。 缺省情况下，所有非线性和瞬态热分析都启用了解决控制，ANSYS设置了许多分析控制，并使用了优化的内部解决算法。 解决控制的默认设置可以在解决之前手动替换。然后按一下。 解析控制通过设置这些命令来优化各种缺省的控制选项. 但是，并非所有命令都可以用于热分析。 8、学习交流PPT，自动解除控制(续)，手动关闭所有求解控制特性，建议

6、不要使用以下菜单在载荷步长之间打开或关闭求解控制。 学习1，2，3，9，通信PPT，默认情况下，状态预测是关闭的。 如果您有更改状态的设备，如自动求解控制(续)、CONTROL37、COMBIN39、COMBIN40等，建议您打开“状态描述”选项，也请打开求解控制。 与自动时间步功能配合使用，根据控制单元在下一个子步骤中改变状态的可能性来预测时间步。 通过以下菜单激活：1、10，学习交流PPT，自动解开(继续)控制，对分析工程师来说理解内部求解机制很重要，因此本章对非线性控制进行了讨论。 在讨论中假设解决控制为开。 专门用于瞬态热传导分析的求解控制在第5章中进行研究。 首先，我们来看看进行非线

7、性分析的前提条件。在加载步骤文件(LSWRITE )或文档记录(CDWRITE )中参考在线命令手册，以获得sol控制命令的详细行为。 也可以确认sol控件关闭时的程序的动作。 11、学习交流PPT，非线性求解组织结构，用于区分加载程序。 每个载荷步骤都需要单独的“解决”操作。 载荷步长不仅仅是非线性分析。 为了获得收敛解，非线性分析通常使用增量载荷，子步用于区分载荷步骤内的中间收敛解。 12、学习交流PPT，非线性解组织结构(续)，载荷并不总是容易分为载荷阶。 在显示的例题中，温度、热流密度和热生成在不同的时间以不同的速度施加。 第六章讨论更容易处理这种情况的方法。 13、交流PPT、控制方

8、程式、线性系统热分析的控制方程式矩阵形式为：这些数值随温度变化，系统非线性的话，必须用迭代法求出：在瞬态分析中，载荷也能随温度变化(第5章中讨论)、14、交流PPT、稳态非线性计算为了学习交流PPT，完成收敛迭代，采用牛顿-拉普拉斯迭代求解技术.1.求出的系统方程式的增量形式，牛顿-拉普拉斯技术，注： e的默认值为0.001，2，2 .更新节点温度，3 .从单元热流计算内部节点热流率。 4 .计算收敛范数并与收敛准则比较：当结果小时不进行迭代。 的双曲正切值。 如果结果大或相等. KT被更新并重复。 16、学习交流PPT并收敛，不能保证非线性解收敛一定。 与其他数值方法一样，N-R技术在初始估

9、计和最终结果上没有大的差异。 在实践中，非线性求解常常要求载荷的施加是有利于收敛的渐变。 除了用户可以指定载荷的应用比例外，ANSYS自动时间步长功能还可以满足这一需求。 并且ANSYS有一种特殊的收敛扩展工具，能加速收敛过程，提高收敛性。 热模型中常见的非线性特性是随温度变化的边界条件和材料特性。 这需要定义温度表和特性表，在第3章中进行说明。 17、在学习通信PPT、平衡迭代并进行非线性分析的情况下，必须在每一子步进行平衡迭代以获得收敛解。 ANSYS用牛顿拉夫森迭代求解过程得到非线性收敛解。 一次平衡反复所需的时间相当于进行一次线性计算的时间。 一次分析可能需要几百次迭代过程。 18、学

10、习交流PPT，使用牛顿拉普拉斯法，在ANSYS中有很多牛顿拉普拉斯的选择。 对于大多数问题，完整的N-R选项是最合适的。 默认情况下，ANSYS自动选择牛顿-拉普拉斯选项，或用户选择： 牛顿-拉普拉斯选项位于Analysis Options菜单中。 此选项适用于稳态和瞬态分析。 不能在载荷步长之间更改N-R选项。1、19、学习通信PPT，可以手动指定收敛标准，也可以由ANSYS自动选择。 缺省情况下，ANSYS根据节点的热流不平衡选择收敛标准。 基于温度变化的收敛标准是手动指定的。 热流率收敛检查一般比温度收敛检查保守。 如果多个条件处于活动状态，则必须满足所有条件才能计算收敛。 收敛标准、收

11、敛标准是判断ANSYS重复是否收敛的依据。 20、交流PPT、收敛标准(续)、收敛标准可由用户在负载步长之间调整。 要手动更改默认收敛标准，请使用以下菜单： 注意：即使：用户仅指定了一个收敛标准，NSYS也会取消其他默认标准。 学习1、2、3、21、交流PPT，确认收敛基准(续)、4 .整体基准是热部分。 5 .选择特定的标准类型。 学习交流PPT，收敛标准(续)，6 .在此输入参考数值。 如果为空，则根据节点的热流向量计算参照值。 7 .将参考数值乘以容许误差得到收敛基准。 默认情况下，收敛标准采用残差平方和的平方根。 可以在此输入其他选项。 如果计算出的参照值(参照步骤6 )小于最小参照值

12、，则使用最小参照值。 默认情况下，热流标准的最小基准值为1E-6。 23、学习交流PPT，图形求解跟踪、图形求解跟踪(GST )通过交互式执行非线性分析自动打开，以批处理方式关闭。 GST以图形方式跟踪收敛参数，并在迭代完成时更新。 GST可以通过这些菜单打开/关闭： 1、2、24，学习交流PPT，可以进行几次平衡迭代？ 默认情况下，解析控制根据主题的特性，将牛顿拉夫森迭代的最大次数设定为15-26。 通过以下菜单更改：1，2，25，学习通信PPT，如果没有得到收敛解，默认情况下ANSYS将结束分析(如果以批处理方式运行，程序的运行将结束)。 为了便于诊断未收敛的问题，您可以使用以下菜单继续向

13、ANSYS分析：并设置DOF值、迭代次数、使用时间和计算时间，以指示ANSYS何时停止计算。 达到这些限制后，ANSYS将停止运行。 学习3、1、2、4、26、交流PPT、ANSYS输出窗口，可通过输出窗口获得许多信息：27，学习交流PPPT，对“时间”的说明，“时间”在静态和过渡分析中都用作“跟踪”参数虽然每个载荷步骤和子步骤都与特定时间相关联，但解决方案本身可能与速度无关。 在与速度相关的静态和瞬态分析中，时间表示实际时间，单位是时间单位(秒或时间)。 在这种情况下，时间单位必须与材料属性和载荷一致。 在与速度无关的静态分析中，时间主要用作区分载荷步骤和子步骤的计数器。 在ANSYS热分析

14、中，“时间”必须为：“时间”非零的正值，如下所示。 “时间”只能单调增加。 28、学习交流PPT、步骤和渐变载荷，在载荷步骤中，载荷随着时间的推移变为步骤或渐变。 渐变是默认方式，非线性分析是推荐方式，可以有利地收敛。 该特性由KBC命令控制，但当载荷以第6章所述的表方式给出时，载荷总是步进的，KBC命令的设定被忽略。 29、学习交流PPT后，如果载荷步骤中的载荷是一个步骤，则所有载荷都同样应用，并且正在施加步骤、更改步骤或删除步骤，而与新载荷、改变的载荷或删除的载荷无关。 但是，如果在载荷时应用了渐变，则图形不太清楚(如在后面显示的那样)。 请记住，施加步进载荷、载荷后，无论是步进载荷还是渐

15、变载荷，除非被删除或修改，否则对后续载荷步骤均有效。 30、学习交流PPT后，如果载荷在载荷步骤中渐变，ANSYS就不会以相同的方式处理新施加的、被变更的或删除的载荷。下表显示了ANSYS按载荷类型的处理方法： * -温度的热交换系数始终由温度函数给出，KBC设置将被忽略。 渐变载荷、31、交流PPT、时间步长和时间步长是影响非线性求解的可靠性、精度和效率的最大因素。 具体地说，随着时间步长减少，重复次数随着解发散可能性的降低结果而减少的分析时间增加的因素学习最佳的时间步长：非线性的类型和程度影响载荷类型和位置网格大小的先前的收敛特性过渡效果(下一章中讨论)、32、交流PPT、时间步长(继续)

16、 如果未指定此值，则默认情况下，TIME为原始值加上1。 有两种方法可以指定载荷步的子步。 这些效果是一致的，一个时间为12秒的载荷步长，而载荷可以由四个相同的增量渐变定义。 可以通过两种方式定义子步数=4、定义时间增量d=3秒或定义载荷步中的子步数(NSUBST )。 由于时间步长的大小在载荷步长中是一致的，并且等于TIME/NSUBST，因此在进行稳态分析时此方法可能变得简单。 负载步长中的时间步长增量(DELTIM )。 载荷步的子步数与TIME/DELTIM相同，在瞬态分析中相对简单。 学习33、交流PPT、时间步骤选项，通过以下菜单进行时间步骤： 2 .选择一种控制方法，3 .指定负

17、载步骤结束时间4 .指定时间步骤或子步骤的数量5 .指定渐变的数量6 .以下单击以学习1、2、6、34，交流PPPT，然后学习自动时间步骤、自动时间步骤(用户不是给定了一定的时间步，而是给定初始时间步和时间步的最小值，并激活ATS。 ATS包括两个重要的功能：与非线性单元状态变化以及模型的瞬态响应(非静态分析)一样，根据收敛上一子步所需的迭代次数预测子步的时间步。 如果计算预计超过最大迭代次数，时间步长会自动减少。 当模型的响应在不同的载荷步长之间发生很大变化时，ATS很有用。 默认情况下，ANSYS确定是否启用ATS。 35、通信PPT、自动时间步(继续)、Time/Frequency菜单也可找到ATS。 下面的说明假设已选择了Time and Time Steps选项。 还指定载荷步骤结束的时间。 指定初始时间步骤(未指定的情况下，程序自动指定)指定载荷是步骤还是渐变(渐变一般容易收敛)打开自动时间步骤(默认由程序选择)，1、4、3、2、5， 36、学习通信PPT，打开(继续)自动时间步骤所允许的最小时间步骤(空白