ANSYS非穩(wěn)態(tài)熱分析及實(shí)例詳解

1、ANSYS流體及熱場(chǎng)分析第7章非穩(wěn)態(tài)熱分析及實(shí)例詳解非穩(wěn)態(tài)熱分析單兀、本章向讀者介紹非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本知識(shí)，主要包括非穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用、 非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本步驟。本章要點(diǎn)=非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念 非穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用 非穩(wěn)態(tài)熱分析單元分析的基本步驟L本章案例鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析不同材料金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析高溫銅導(dǎo)線冷卻過程分析iANSYS流體及熱場(chǎng)分析7.1非穩(wěn)態(tài)熱分析概述物體的溫度隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。根據(jù)物體溫度隨著時(shí)間的推移而變化的特性可以區(qū)分為兩類非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體的溫度隨時(shí)間的推移逐漸趨于恒定的值以及物體的溫度隨時(shí) 間而作周期性的變化。 無論在自然界還是工程

2、實(shí)際問題中，絕大多數(shù)傳熱過程都是非穩(wěn)態(tài)的。許多工程實(shí)際問題需要確定物體內(nèi)部的溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化，或確定其內(nèi)部溫度達(dá)到某一限定值所需要的時(shí)間。例如：在機(jī)器啟動(dòng)、停機(jī)及變動(dòng)工況時(shí)，急劇的溫度變化會(huì)使部件因熱應(yīng)力而破壞，因此 需要確定物體內(nèi)部的瞬時(shí)溫度場(chǎng)；鋼制工件的熱處理是一個(gè)典型的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，掌握工件中溫度變化的速率是控制工件熱處理質(zhì)量的重要因素。再例如，金屬在加熱爐內(nèi)加熱時(shí)，需要確定它在加熱爐內(nèi)停留的時(shí)間，以保證達(dá)到規(guī)定的中心溫度。 可見，非穩(wěn)態(tài)熱分析是有相當(dāng)大的應(yīng)用價(jià)值的。 ANSYS 11.0及其相關(guān)的下屬產(chǎn)品均支持非穩(wěn)態(tài)的熱分析。非穩(wěn)態(tài)熱分析確定了溫度以及其它隨時(shí) 間變化的熱參數(shù)。7.

3、1.1非穩(wěn)態(tài)熱分析特性瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)的隨時(shí)間變化的溫度場(chǎng)及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計(jì)算溫度場(chǎng)，并將之作為熱載荷進(jìn)行應(yīng)力分析。瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似。主要的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷是隨時(shí)間變化 的。為了表達(dá)隨時(shí)間變化的載荷，首先必須將載荷-時(shí)間曲線分為載荷步。對(duì)于每一個(gè)載荷步，必須定義載荷值及時(shí)間值，同時(shí)必須選擇載荷步為漸變或階越。7.1.2非穩(wěn)態(tài)熱分析的控制方程熱儲(chǔ)存項(xiàng)的計(jì)入將穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)系統(tǒng)，計(jì)入熱儲(chǔ)存項(xiàng)的控制方程的矩陣形式如下：IC 汀廠K其中，C U為熱儲(chǔ)存項(xiàng)。在非穩(wěn)態(tài)分析時(shí)，載荷是和時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，因此控制方程可表示如下：I. C 1汁K 汁

4、 4（Q t /若分析為分線性，則各參數(shù)除了和時(shí)間有關(guān)外，還和溫度有關(guān)。非線性的控制方程可表示如 下：C TT UQT,t17.1.3時(shí)間積分與時(shí)間步長(zhǎng)1、時(shí)間積分從求解方法上來看， 穩(wěn)態(tài)分析和非穩(wěn)態(tài)分析之間的差別就是時(shí)間積分。利用ANSYS 11.0分析問題時(shí)，只要在后續(xù)載荷步中將時(shí)間積分效果打開，穩(wěn)態(tài)分析即轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)分析；同樣，只要在后續(xù)載荷步中將時(shí)間積分關(guān)閉，非穩(wěn)態(tài)分析也可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)分析。2、時(shí)間步長(zhǎng)兩次求解之間的時(shí)間稱為時(shí)間步，一般來說，時(shí)間步越小，計(jì)算結(jié)果越精確。確定時(shí)間步長(zhǎng) 的方法有兩種：（1 ）指定裕度較大的初始時(shí)間步長(zhǎng)，然后使用自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)增加時(shí)間步。(2) 大致估計(jì)初始時(shí)間

5、步長(zhǎng)。在非穩(wěn)態(tài)熱分析中估計(jì)初始時(shí)間步長(zhǎng)，可以使用Biot數(shù)和Fourier數(shù)。Biot數(shù)是不考慮尺寸的熱阻對(duì)流和傳導(dǎo)比例因子，其定義為：Bi =K式中：ex 名義單元寬度；h平均表面換熱系數(shù)；K 平均導(dǎo)熱系數(shù)。Fourier數(shù)是不考慮尺寸的時(shí)間(At/t)，其定義為：KAtF o2Pc( Ax)式中：?平均密度；c比熱容；如果Bi ：1，可將Fourier數(shù)設(shè)為常數(shù)并求解.譏來預(yù)測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)：式中：:- ：t'c（ ：x）2 二（咲）2丸a熱耗散。39hAt如果Bi . 1，時(shí)間步長(zhǎng)可應(yīng)用 Fourier數(shù)和Biot數(shù)的乘積預(yù)測(cè):Fo -Bi =求解=t得到:其中，0.1 _ 1 _0.

6、5時(shí)間步長(zhǎng)的預(yù)測(cè)精度隨單元寬度的取值、平均的方法、比例因子一：的變化而變化。7.1.4數(shù)值求解過程當(dāng)前溫度矢量 訊假設(shè)為已知，可以是初始溫度或由前面的求解得到的。定義下一個(gè)時(shí)間點(diǎn) 的溫度矢量為：% 1(1-“ 半 t/ r t % /其中二稱為歐拉參數(shù)，默認(rèn)為 1,下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度為：C K 阮/Q由上面兩式可得：1 ck 1c t 1Tn?.八tt n 1 nf 1其中低Z+釘干icl 丄汀da陽 n i n ;歐拉參數(shù)二的數(shù)值在0.51之間。在這個(gè)范圍內(nèi)，時(shí)間積分算法是不明顯而且是不穩(wěn)定的。因 此，ANSYS 11.0總是忽略時(shí)間積分步的幅值來計(jì)算。但是，這樣的計(jì)算結(jié)果并不總是準(zhǔn)確的。下

7、 面是選擇積分參數(shù)的一些建議：當(dāng)日=0.5時(shí)，時(shí)間積分方法采用"Crank-Nicolson ”技術(shù)。本設(shè)置對(duì)于絕大多數(shù)熱瞬態(tài)問題都 是精確有效的。當(dāng)二=1時(shí)，時(shí)間積分方法采用“ Backward Euler ”技術(shù)。這是缺省的和最穩(wěn)定的設(shè)置，因?yàn)樗?消除了可能帶來嚴(yán)重非線性或高階單元的非正常振動(dòng)。本技術(shù)一般需要相對(duì) Crank-Nicolson較小的時(shí)間積分步得到精確的結(jié)果。7.2非穩(wěn)態(tài)熱分析單兀非穩(wěn)態(tài)熱分析和穩(wěn)態(tài)熱分析使用的分析單兀相同，具體請(qǐng)讀者參見本書第6章。7.3非穩(wěn)態(tài)熱分析基本步驟非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本步驟主要包括：建模、加載求解和后處理。下面分別對(duì)這三個(gè)基本步驟進(jìn)行具體的闡

8、述。7.3.1建立有限元模型就這一步驟而言，并沒有穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)之分，可參照穩(wěn)態(tài)分析的建模方法進(jìn)行。因此，在這 里不在贅述。7.3.2加載求解1、定義分析類型如果第一次進(jìn)行分析或重新進(jìn)行分析，操作步驟如下：Comma nd: ANTYPE,TRANSIENT,NEWGUI : Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient如果接著上次的分析繼續(xù)進(jìn)行(例如增加其它載荷)，操作步驟如下：Comma nd: ANTYPE,TRANSIENT,RESTGUI : Main Menu>Solution>An

9、alysis Type>Restart2、獲得非穩(wěn)態(tài)熱分析的初始條件(1 )定義均勻溫度場(chǎng)如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)定所有節(jié)點(diǎn)初始溫度，操作步驟如下：Comma nd: TUNIFGUI: Main Me nu>Solutio n>Loads>Setti ngs> Un iform Temp如果不在對(duì)話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認(rèn)為參考溫度，參考溫度的值默認(rèn)為零，但可通過如下方法設(shè)定參考溫度：Comma nd: TREFGUI: Mai n Men u>Solutio n>Loads>Setti ngs>Refere nee Temp注意

10、：設(shè)定均勻的初始溫度，與如下的設(shè)定節(jié)點(diǎn)的溫度（自由度）不同，設(shè)定節(jié)點(diǎn)溫度的操 作步驟如下：Comma nd: DGUI: Main Menu >Soluti on >Loads>Apply>Thermal>Temperature >On Nodes初始均勻溫度僅對(duì)分析的第一個(gè)子步有效；而設(shè)定節(jié)點(diǎn)溫度將保持貫穿整個(gè)瞬態(tài)分析過程，除非通過下列方法刪除此約束：Comma nd: DDELEGUI: Main Menu >Soluti on >Loads>Delete>Thermal>Temperature >On Nodes（2

11、）設(shè)定非均勻的初始溫度在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點(diǎn)溫度可以設(shè)定為不同的值，操作步驟如下：Comma nd: CGUI: Main Men u>Solutio n>Loads>Apply>l ni tial Co ndit' n>Defi ne如果初始溫度場(chǎng)是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件，步驟如下：設(shè)定載荷（如已知的溫度、熱對(duì)流等）將時(shí)間積分設(shè)置為 OFF:Comma nd: TIMINT, OFFGUI: Main Menu >Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Freq

12、ue nc>Time In tegratio n設(shè)定一個(gè)只有一個(gè)子步的，時(shí)間很小的載荷步（例如0.001）：Comma nd: TIMEGUI: Main Menu >Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps寫入載荷步文件：Comma nd: LSWRITEGUI: Main Men u>Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解：Comma nd: SOLVEGUI: Main Men u>Solutio n>

13、; Solve>Curre nt LS3、設(shè)定載荷步選項(xiàng)（1 ）普通選項(xiàng)設(shè)置時(shí)間和時(shí)間步步，操作如下：Comma nd: TIMEGUI: Mai n Me nu>Solutio n>Load Step Opts>Time/Freque nc>Time-Time Step設(shè)置每個(gè)載荷步的載荷子步數(shù)，或時(shí)間增量Comma nd: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps（2）非線性選項(xiàng)設(shè)置迭代次數(shù)：（每個(gè)子

14、步默認(rèn)的次數(shù)為25,這對(duì)大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠）Comma nd: NEQITGUI: Main Menu >Soluti on >Load step opts> Non li near>Equilibrium Iter自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)：（本選項(xiàng)為ON時(shí)，在求解過程中將自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)）Comma nd: AUTOTSGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps時(shí)間積分效果：（如果將此選項(xiàng)設(shè)定為OFF,將進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析）Comma nd: TIM

15、INTGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time In tegrati on（3）輸出選項(xiàng)控制打印輸出：（本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out文件中）Comma nd: OUTPRGUI: Main Men u>Solutio n>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Prin tout控制結(jié)果文件：（控制*.rth的內(nèi)容）Comma nd: OUTRESGUI: Main Me nu>Solutio n>Load Step

16、Opts>Output Ctrls>DB/Results File（4）存盤求解7.3.3后處理ANSYS提供兩種后處理方式： POST1，可以對(duì)整個(gè)模型在某一載荷步（時(shí)間點(diǎn)）的結(jié)果進(jìn)行后處理；Comma nd: POST1GUI: Main Me nu>Ge neral Postproc. POST26,可以對(duì)模型中特定點(diǎn)在所有載荷步（整個(gè)瞬態(tài)過程）的結(jié)果進(jìn)行后處理。Comma nd: POST26GUI: Main Me nu>TimeHist Postproc1、用POST1進(jìn)行后處理進(jìn)入POST1后，可以讀出某一時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果：Comma nd: SETGUI:

17、Mai n Men u>Ge neral Postproc>Read Results>By Time/Freq如果設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)不在任何一個(gè)子步的時(shí)間點(diǎn)上，ANSYS會(huì)進(jìn)行線性插值。此外還可以讀出某一載荷步的結(jié)果：GUI: Main Me nu>Ge neral Postproc>Read Results>By Load Step打印列表然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、等后處理。2、用POST26進(jìn)行后處理首先要定義變量：Comma nd: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Men u&g

18、t;TimeHist Postproc>Defi ne Variables然后就可以繪制這些變量隨時(shí)間變化的曲線：Comma nd: PLVARGUI: Mai n Men u>TimeHist Postproc>Graph Variables或列表輸出:Comma nd: PRVARGUI: Main Me nu>TimeHist Postproc>List Variables此外，POST26還提供許多其它功能，如對(duì)變量進(jìn)行數(shù)學(xué)操作等，請(qǐng)參閱ANSYS Basic AnalysisProcedures Guide實(shí)例7 1:鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析一個(gè)直徑為12

19、cm,溫度為1000C的鋼制小球突然被放入了盛滿了水的、完全絕熱的橫截面直徑和高度均為60cm的圓柱體水槽內(nèi)（鋼球放在水槽的正中央） ，水的溫度為18C，材料參數(shù)表如 表7.1所示。試求10分鐘后鋼球與水的溫度場(chǎng)分布。表7.1物性參數(shù)表熱性能單位制鐵水導(dǎo)熱系數(shù)W/m C700.60密度Kg/m378001000比熱J/kg C4484200該問題是典型的瞬態(tài)傳熱問題，研究對(duì)象為鋼球和水。由于對(duì)稱性，在求解過程中取鋼球和 水中心縱截面的1/4建立幾何模型，如圖 7-1所示。本例選取 PLANE55軸對(duì)稱單元進(jìn)行求解。附帶光盤“ AVICh77 1.avi圖7-1幾何模型附帶光盤“ 實(shí)例7 1_s

20、tart ”附帶光盤“實(shí)例7 1_end ”1、定義工作文件名選擇Utility Me nu >File>Cha nge Job name，彈出 Cha nge Job name對(duì)話框。在對(duì)話框中將工作名 改為 example7-1,單擊 OK 關(guān)閉該對(duì)話框。選擇 Main Menu >Preferences ,彈出 Preferences for GUI Filtering對(duì)話框，選中Thermal復(fù)選框，然后單擊 Ok按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2、定義單元類型選擇 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Dele

21、te，彈出 Element Type 對(duì)話框，單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對(duì)話框。在 Library of Element Types對(duì)話框的兩個(gè)列表框 中分別選擇Thermal Solid、Quad 4node 55選項(xiàng)，如圖7- 2所示。單擊 0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-2單元類型列表對(duì)話框單擊Element Type對(duì)話框中的 Options按鈕，彈出 PLANE55 element type options對(duì)話框，在 Element behavior K3下拉列表框中選擇 Axisymmetric選項(xiàng)，其余選項(xiàng)均采用默認(rèn)設(shè)置，如圖7-3所示，單擊

22、OK關(guān)閉該對(duì)話框。單擊 Element Type對(duì)話框中的Close按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-3 PLANE55單元屬性設(shè)置對(duì)話框3、定義材料性能參數(shù)1、選擇 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Model ，彈出 Define Material Model Behavior對(duì)話框，如圖 7-4所示。2、在 Material Models Available 列表中依次雙擊 Thermal、Conductivity、Isotropic 選項(xiàng)，彈出Conductivity for Material Number1 對(duì)話框，

23、在文本框中輸入鋼的導(dǎo)熱系數(shù)70，如圖7-5所示，點(diǎn)擊OK關(guān)閉對(duì)話框。3、雙擊 Define Material Model Behavior 對(duì)話框上的 Specific Heat 按鈕，彈出 Specific Heat for Material Number1對(duì)話框，在文本框中輸入鋼的比熱 448，如圖7- 6所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話 框。4、 雙擊 Define Material Model Behavior 對(duì)話框上的 Density 按鈕，彈出 Density for Material Number1對(duì)話框，在文本框中輸入鋼的密度7800，如圖7-7所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖

24、7-4定義材料屬性對(duì)話框圖7-5定義材料導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)話框F3 Density for lateiial B tub er 1DENSnAdd Temperatur eTemperGraphOensi ty for Material Number 10KCancelHefc圖7-6定義材料比熱對(duì)話框圖7-7定義材料密度對(duì)話框5、定義水的材料屬性：在 Define Material Model Behavior 對(duì)話框中選擇 Material>New Model ， 彈出Define Material ID對(duì)話框，在文本框中輸入材料參數(shù)號(hào) 2，如圖7-8所示單擊OK按鈕關(guān)閉該 對(duì)話框。圖7-8

25、定義材料編號(hào)對(duì)話框6、 在 Material Models Available 列表中依次雙擊 Thermal、Conductivity、Isotropic 選項(xiàng)，彈出 Conductivity for Material Number2 對(duì)話框，在文本框中輸入水的導(dǎo)熱系數(shù)0.6，點(diǎn)擊OK關(guān)閉對(duì)話框。7、雙擊 Define Material Model Behavior 對(duì)話框上的 Specific Heat 按鈕，彈出 Specific Heat forMaterial Number2對(duì)話框，在文本框中輸入水的比熱4200,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。8、 雙擊 Define Material

26、Model Behavior 對(duì)話框上的 Density 按鈕，彈出 Density for Material Number2對(duì)話框，在文本框中輸入水的密度 1000,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。關(guān)閉Define Material Model Behavior 對(duì)話框。4、創(chuàng)建幾何模型1、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions，彈出 Create Rectangle by Dimensions對(duì)話框，如圖 7-9所示，在 X1、X2文本框中分別輸入 0、0

27、.3，在 Y1、Y2文本框中分別輸入 0、0.3，然后單擊OK按鈕確認(rèn)設(shè)置。2、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By Dimensions，彈出 CircularAreas by Dimensions對(duì)話框。參照?qǐng)D 7-10對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，然后單擊OK確認(rèn)設(shè)置。圖7-9創(chuàng)建矩形面對(duì)話框圖7-10創(chuàng)建圓面對(duì)話框3、選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，彈出

28、 Overlap Areas對(duì)話框。單擊 Pick All按鈕選取所有的面。4、選擇 Ma in Menu >Preprocessor>Numberi ng Ctrls>Compress Numbers ，彈出 Compress Numbers 對(duì)話框。在 Label Item to be compressed下拉列表框中選擇 All選項(xiàng)，單擊 OK按鈕確認(rèn)設(shè)置。5、 選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering ，彈出 Plot Numbering Controls 對(duì)話框，選擇 LINE 選項(xiàng)，使其狀態(tài)從 Of變?yōu)镺n，其余選項(xiàng)均采用

29、默認(rèn)設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。完成上述操作后，生成的幾何模型如圖7-11所示。圖7-11生成的幾何模型5、劃分有限元網(wǎng)格1、選擇 Utility Menu>Plot>Lines 。2、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，彈出 Element Size on菜單，在文本框中輸入 4， 5，單擊 OK按鈕，彈出 Element Size on Picked Lines對(duì) 話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個(gè)數(shù) 30，在S

30、PACE文本框中輸入0.1，如圖7-12所 示，單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。3、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，彈出 Element Size on菜單，在文本框中輸入 6， 7,單擊 OK按鈕，彈出 Element Size on Picked Lines對(duì) 話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個(gè)數(shù) 32,在SPACE文本框中輸入0.1，單擊OK按 鈕關(guān)閉對(duì)話框。4、 選擇 Main Menu>Preprocessor>M

31、eshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，彈出 Element Size on菜單，在文本框中輸入 3,單擊OK按鈕，彈出Element Size on Picked Lines對(duì)話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個(gè)數(shù)Menu>Select>Everything。30,單擊 OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。選擇Utility圖7-12設(shè)置單元個(gè)數(shù)對(duì)話框5、選擇 Main Menu >Preprocessor>Mesh in g>Mesh>V olumes>Mapped>C

32、 on cate nate>L ines，彈出Con cate nate Lines菜單，在文本框中輸入2， 1，單擊 OK按鈕關(guān)閉該菜單。6、選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出 Meshing Attributes對(duì)話框，在MAT下拉列表中選擇1,如圖7-13所示，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-13網(wǎng)格劃分屬性設(shè)置對(duì)話框7、選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool，彈出 Mesh Tool 菜單

33、，在 Shape 選項(xiàng)組 中選中Quad和Mapped單選按鈕，單擊 Mesh按鈕，彈出 Mesh Areas菜單，在文本框中輸入 1， 單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。鋼球部分網(wǎng)格如圖 7-14所示。選擇 Utility Menu>Select>Everything 。8、選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出 Meshing Attributes對(duì)話框，在MAT下拉列表中選擇 2,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。9、選擇 Main Menu>Preprocessor&

34、gt;Meshing>Mesh Tool ，彈出 Mesh Tool 菜單，單擊 Mesh 按鈕，彈出Mesh Areas菜單，在文本框中輸入2,單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。10、 選擇Utility Menu>Plot>Element ，整體網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖7-15所示。圖7-14鋼球模型網(wǎng)格劃分圖7-15整體網(wǎng)格劃分6、加載求解1、選擇 Ma in Men u>Solutio n>An alysis Type>New An alysis ，彈出 New An alysis 對(duì)話框。選擇分 析類型為Transient,如圖7-16所示，單擊OK按鈕，彈出Tran

35、sient Analysis對(duì)話框，在TRNOPT 選項(xiàng)組中選中 Full單選按鈕，如圖 7-16所示，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇UtilityMenu>Select>Everything。TEariiaFisnt Analrffi eCTRKFT Sdintion “日LUIF*| Um lvptd ipprwP圖7-16定義求解類型對(duì)話框ri F£ll1eJ» Svparpax* n廠«圖7-17非穩(wěn)態(tài)分析選項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框2、選擇 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc&

36、gt;Time-Time Step，彈出 Time andTime Step Options對(duì)話框，參照?qǐng)D7-18進(jìn)行設(shè)置，然后單擊 OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-18時(shí)間和時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置對(duì)話框3、選擇 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time Integration>AmplitudeDecay，彈出Time Integration Controls對(duì)話框，參照?qǐng)D7-19進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完畢后單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-19時(shí)間積分控制對(duì)話框4、選擇Utility Menu>Select>

37、Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇 Elements選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇 By Attributes選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇Material num單選按鈕，在文本框中輸入1，如圖7-20所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。5、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇Elements 單選Nodes選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇 Attached to選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 按鈕，如圖7-21所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。13 Sn

38、ivel Ent .:Elements -rFJlStl&rt Enti.；呦伽.工1Lime all帝 Malcvltl numElem 射呼 n«jin iHeal s cl num'Elcm CS numSc diun ID numI ayi* r nmm肓 V-wm l-vlHRefIecI'AJiqc SelectUiiieledi廣 Lline Iratcriar-如尺臨ji111iriJg-ricii廣 Volumes. MVnlumes, intEirior 屆 Fr»m FullRe s electAl$o Seled廠 Unndc

39、dStic All Inwcrt卻叫翫iu 函eu圖7-20單元選擇對(duì)話框圖7-21節(jié)點(diǎn)選擇對(duì)話框6、選擇 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes ，彈出 Apply TEMP on Nodes菜單，單擊 Pick All按鈕，彈出 Apply TEMP on Nodes 對(duì)話框。在 Lab2列表框中 選擇TEMP選項(xiàng)，在文本框中輸入1000,如圖7-22所示。單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 選擇UtilityMenu>Select>Everything 。

40、圖7-22施加溫度載荷對(duì)話框7、 選擇Utility Menu>Select>Entities ,彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇 Elements選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇By Attributes選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 Material num單選按鈕，在文本框中輸入2，單擊0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。8、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇 Nodes選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇 Attached to選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 Ele

41、ments單選 按鈕，單擊0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。9、 選擇 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes ，彈出 Apply TEMP on Nodes菜單，單擊 Pick All按鈕，彈出 Apply TEMP on Nodes 對(duì)話框。在 Lab2列表框中 選擇TEMP選項(xiàng)，在文本框中輸入 18,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。10、 選擇 Utility Men u>Select>Everythi ng 。選擇 Ma in Me nu>Solutio n

42、>Solve>Curre nt LS ，彈出 Solve Current Load Step對(duì)話框，單擊 OK按鈕。ANSYS開始求解計(jì)算。計(jì)算結(jié)束后，彈出Note 對(duì)話框，單擊Close按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。11、 選擇 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequence>Time Integration>Amplitude Decay，彈出Time Integration Controls對(duì)話框，將 TIMINT設(shè)置為On，其余選項(xiàng)均采用默認(rèn)設(shè)置， 單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。12、 選擇 Main Menu

43、>Solution>Analysis Type>Sol ' Controls，彈出 Solution Controls 對(duì)話框， 選擇Basic選項(xiàng)卡，參照?qǐng)D7-23進(jìn)行設(shè)置，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-23求解控制基本選項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框13、選擇 Main Menu>Solution>Define Loads>Delete>Thermal>Temperature>On Nodes，彈出 Delete TEMP on N 菜單，單擊 Pick All按鈕，彈出 Delete Node Constraints對(duì)話框。在下拉列表框 中

44、選擇TEMP選項(xiàng)，如圖7-24，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-24刪除節(jié)點(diǎn)參數(shù)對(duì)話框6、選擇 Utility Menu>Select>Everything 。選擇 Utility Menu>file>Save as 命令，彈出 Save Dtabase 對(duì)話框，在Save Dtabase to文本框中輸入 7 1_start.db，保存上述操作過程，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。7、 選擇 Main Menu>Solution>Solve>Current LS，出現(xiàn) Solve Current Load Step 對(duì)話框，同時(shí)出 現(xiàn)/STAT Comma

45、 nd窗口，仔細(xì)閱讀/STAT Comma nd窗口中的內(nèi)容，然后點(diǎn)擊Close按鈕，關(guān)閉/STAT Comma nd窗口。點(diǎn)擊 Solve Curre nt Load Step對(duì)話框中的 OK按鈕，ANSYS開始求解計(jì)算。求解 結(jié)束后，ANSYS顯示窗口出現(xiàn) Note提示框，單擊 Close按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。8、選擇 Utility Menu>file>Save as 命令，彈出 Save Dtabase對(duì)話框，在 Save Dtabase to 文本框中 輸入7 1_end.db,保存求解結(jié)果，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。7、后處理1、選擇 Main Menu>Gener

46、al Postproc>Read Results>Last Set。2、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇Elements選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇By Attributes選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 Material num單選按鈕，在文本框中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。3、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇 Nodes選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇 Attac

47、hed to選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 Elements單選 按鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。4、選擇 Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,彈出 Contour Nodal Solution Data 對(duì)話框。選擇 Nodal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature ,單擊 OK 按鈕，鋼球內(nèi)部 的溫度場(chǎng)分布如圖 7-25所示。選擇 Utility Menu>Select>Everything 。圖7-25鋼球內(nèi)部溫度場(chǎng)分

48、布等值線云圖5、 選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇 Elements選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇By Attributes選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 Material num單選按鈕，在文本框中輸入2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。6、 選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框。在第1個(gè)下拉列表框中選擇 Nodes選項(xiàng)，在第2個(gè)下拉列表框中選擇Attached to選項(xiàng)，在第3個(gè)選項(xiàng)組中選擇 Elements單選 按

49、鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。7、選擇 Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,彈出 Contour Nodal Solution Data 對(duì)話框。選擇 Nodal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature ,單擊 OK 按鈕，水內(nèi)部的 溫度場(chǎng)分布如圖7-26所示。IdAAIJUL 22 Z0D916:53:ZLstef=2 SUB -Z TIME-EiUDTEHFl>VG|RSY5-DSMH =lfl5MK -542.61367-

50、74309.45Mz.ei圖7-26水內(nèi)部溫度場(chǎng)分布等值線云圖8、選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Axes ，彈出 Axes Modification for GraphPlots對(duì)話框，參照?qǐng)D7-27進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-27坐標(biāo)設(shè)置對(duì)話框9、選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Curves ，彈出 Curve Modification for Graph Plots對(duì)話框，在/GTHK下拉列表框中選

51、擇 Triple選項(xiàng)，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 選擇Utility Menu>Select>Everything。10、選擇 Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables ，彈出 Define Time-History Variables 對(duì) 話框，單擊 Add按鈕，彈出 Add Time-History Variable 對(duì)話框，選中 Nodal DOF Result單選按鈕，如圖7-28所示，單擊 0K按鈕，彈出Define Nodal Data菜單，在文本框中輸入 1,單擊OK按鈕， 彈出Define Nodal Dat

52、a對(duì)話框，參照?qǐng)D7-29對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。單擊Define Time-History Varables對(duì)話框中的 Close按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-28添加時(shí)間歷程變量對(duì)話框圖7-29定義節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)話框11、選擇 Ma in Me nu>TimeHist Postpro>Graph Variables，彈出 Graph Time-History Varable 對(duì)話 框，在NAVR1文本框中輸入2,如圖7-30所示，單擊 OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示將顯示球心溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線圖，如圖圖7-30顯示時(shí)間歷程對(duì)話框7-31所示。實(shí)例7- 2:不同材料

53、金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析一個(gè)30公斤重、溫度為1000C的銅塊，以及一個(gè)20公斤重、溫度為 800C的鐵塊，突然放入 溫度為20C、盛滿了 300升水的、完全絕熱的水箱中，如圖7-32所示。試求：一個(gè)小時(shí)后，銅塊與鐵塊的溫度分布（假設(shè)忽略水的流動(dòng)）。材料的物性參數(shù)如表7.2所示。表7.2材料物性參數(shù)表熱性能單位制銅鐵水導(dǎo)熱系數(shù)W/m C383700.6密度Kg/m3888978001000比熱J/kg 中尺町均対eraL Jw,1I 5.0a雪圖7-32物理模型示意圖該問題是典型的非穩(wěn)態(tài)傳熱問題，研究對(duì)象為3個(gè)：銅塊、鐵塊和水。由于分析對(duì)象的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其橫

54、截面積，因此只需對(duì)其橫截面進(jìn)行分析即可。本例選取PLANE77單元進(jìn)行求解。附帶光盤“實(shí)例7 2_start附帶光盤“實(shí)例7 2_end”附帶光盤“ AVICh77 2.avi ”1定義工作文件名選擇Utility Me nu >File>Cha nge Job name,彈出 Cha nge Job name對(duì)話框。在對(duì)話框中將工作名 改為 example7-2，單擊 0K 關(guān)閉該對(duì)話框。選擇 Main Menu >Preferences,彈出 Preferences for GUI Filtering對(duì)話框，選中Thermal復(fù)選框，然后單擊 OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2、定

55、義單元類型選擇 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，彈出 Element Type 對(duì)話框，單擊 Add按鈕，彈出Library of Element Types對(duì)話框。在兩個(gè)文本框中分別選擇 Thermal Solid、8node 77, 點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。單擊 Element Type對(duì)話框上的Close按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。3、創(chuàng)建幾何模型1、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By

56、 Dimensions ,彈出 Create Rectangle by Dimensions 對(duì)話框，在 X1、X2、Y1、Y2 文本框中分別輸入 0、0.6、0、0.5, 如圖7-33所示。2、 單擊 Apply按鈕，在 X1、X2、Y1、Y2文本框中分別輸入0.15、0.225、0.225、0.27，如 圖7-34所示。3、 單擊 Apply 按鈕，在 X1、X2、Y1、Y2 文本框中分別輸入 0.6-0.2-0.058、0.6-0.2、0.225、 0.225+0.044，如圖7-35所示。然后單擊 OK按鈕完成設(shè)置。圖7-33建立長(zhǎng)方形對(duì)話框1圖7-34建立長(zhǎng)方形對(duì)話框 2圖7-35建

57、立長(zhǎng)方形對(duì)話框 34、選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，彈出 Overlap Areas菜單，單擊 Pick All按鈕。5、 選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering ，彈出 Plot Numbering Controls 對(duì)話框，點(diǎn)選 AREA 復(fù)選框，使其狀態(tài)由Of變?yōu)镺n,然后單擊OK按鈕完成設(shè)置。6、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Comp

58、ress Numbers ，彈出 Compress Numbers 對(duì)話框，在Label下拉列表框中選擇 Areas選項(xiàng)，如圖7-36所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖7-36壓縮編號(hào)對(duì)話框7、選擇Utility Menu>Plot>Areas，完成后的平面幾何模型如圖7-37所示,圖7-37幾何模型4、定義材料性能參數(shù)1、選擇 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models ，彈出 Define Material Model Behavior對(duì)話框。2、在 Material Models Availab

59、le 列表框依次雙擊 Thermal、Conductivity、Isotropic 選項(xiàng)，彈出Conductivity for Material Number 1對(duì)話框，在 KXX 文本框中輸入銅的導(dǎo)熱系數(shù)383，如圖7-38所示，單擊0K按鈕關(guān)閉對(duì)話框。3、雙擊 Specific Heat 選項(xiàng)，彈出 Specific Heat for Material Number 1 對(duì)話框，在 C 文本框中輸 入銅的比熱1390，如圖7-39所示，單擊 OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。4、雙擊 Density選項(xiàng)，彈出 Density for Material Number 1 對(duì)話框，在 DENS文本框中輸入銅的密度8