ANSYS非穩(wěn)態(tài)熱分析及實例詳解解析

1、第 7 章 非穩(wěn)態(tài)熱分析及實例詳解本章向讀者介紹非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本知識，主要包括非穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用、非穩(wěn)態(tài)熱分析單元、非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本步驟。本章要點& 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7.1 非穩(wěn)態(tài)熱分析概述物體的溫度隨時間而變化的導(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：物體的溫度隨時間的推移逐漸趨于恒定的值以及物體的溫度隨時間而作周期

2、性的變化。無論在自然界還是工程實際問題中，絕大多數(shù)傳熱過程都是非穩(wěn)態(tài)的。許多工程實際問題需要確定物體內(nèi)部的溫度場隨時間的變化，或確定其內(nèi)部溫度達到某一限定值所需要的時間。例如：在機器啟動、停機及變動工況時，急劇的溫度變化會使部件因熱應(yīng)力而破壞，因此需要確定物體內(nèi)部的瞬時溫度場；鋼制工件的熱處理是一個典型的非穩(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，需要確定它在加熱爐內(nèi)停留的時間，以保證達到規(guī)定的中心溫度?？梢?，非穩(wěn)態(tài)熱分析是有相當大的應(yīng)用價值的。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

3、時間變化的熱參數(shù)。7.1.1 非穩(wěn)態(tài)熱分析特性瞬態(tài)熱分析用于計算一個系統(tǒng)的隨時間變化的溫度場及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應(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間變化的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷-時間曲線分為載荷步。對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越。 非穩(wěn)態(tài)熱分析的控制方程熱儲存項的計入將穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)系統(tǒng)，計入熱儲存項的控制方程的矩陣形式如下：其中，為熱儲存項。在非穩(wěn)態(tài)分析時，載荷是和時間有關(guān)的函數(shù)，因此控制方程可表示如下：若分析為分線性，則各參數(shù)

4、除了和時間有關(guān)外，還和溫度有關(guān)。非線性的控制方程可表示如下： 時間積分與時間步長1、時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間積分。利用ANSYS 11.0分析問題時，只要在后續(xù)載荷步中將時間積分效果打開，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、時間步長兩次求解之間的時間稱為時間步，一般來說，時間步越小，計算結(jié)果越精確。確定時間步長的方法有兩種：（1）指定裕度較大的初始時間步長，然后使用自動時間步長增加時間步。（2）大致估計初始時間步長。在非穩(wěn)態(tài)熱分析中估計初始時間步長，可以使用Biot數(shù)和Fourier數(shù)。B

5、iot數(shù)是不考慮尺寸的熱阻對流和傳導(dǎo)比例因子，其定義為：式中：名義單元寬度； 平均表面換熱系數(shù)； 平均導(dǎo)熱系數(shù)。Fourier數(shù)是不考慮尺寸的時間（），其定義為：式中：平均密度； 比熱容；如果，可將Fourier數(shù)設(shè)為常數(shù)并求解來預(yù)測時間步長：式中：熱耗散。如果，時間步長可應(yīng)用Fourier數(shù)和Biot數(shù)的乘積預(yù)測：求解得到：其中，時間步長的預(yù)測精度隨單元寬度的取值、平均的方法、比例因子的變化而變化。 數(shù)值求解過程當前溫度矢量假設(shè)為已知，可以是初始溫度或由前面的求解得到的。定義下一個時間點的溫度矢量為：其中稱為歐拉參數(shù)，默認為1，下一個時間點的溫度為：由上面兩式可得：其中歐拉參數(shù)的數(shù)值在0.5

6、1之間。在這個范圍內(nèi)，時間積分算法是不明顯而且是不穩(wěn)定的。因此，ANSYS 11.0總是忽略時間積分步的幅值來計算。但是，這樣的計算結(jié)果并不總是準確的。下面是選擇積分參數(shù)的一些建議：當=0.5時，時間積分方法采用“Crank-Nicolson”技術(shù)。本設(shè)置對于絕大多數(shù)熱瞬態(tài)問題都是精確有效的。當=1時，時間積分方法采用“Backward Euler”技術(shù)。這是缺省的和最穩(wěn)定的設(shè)置，因為它消除了可能帶來嚴重非線性或高階單元的非正常振動。 本技術(shù)一般需要相對Crank-Nicolson較小的時間積分步得到精確的結(jié)果。7.2 非穩(wěn)態(tài)熱分析單元 非穩(wěn)態(tài)熱分析和穩(wěn)態(tài)熱分析使用的分析單元相同，具體請讀者參

7、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。下面分別對這三個基本步驟進行具體的闡述。 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)分析的建模方法進行。因此，在這里不在贅述。 加載求解1、定義分析類型如果第一次進行分析或重新進行分析，操作步驟如下：Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEWGUI：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient如果接著上次的分析繼續(xù)進行（例如增加其它載荷），操作步驟如下：Command:

8、 ANTYPE,TRANSIENT,RESTGUI：Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart2、獲得非穩(wěn)態(tài)熱分析的初始條件（1）定義均勻溫度場如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)定所有節(jié)點初始溫度，操作步驟如下：Command: TUNIFGUI: Main Menu>Solution>Loads>Settings>Uniform Temp如果不在對話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認為參考溫度，參考溫度的值默認為零，但可通過如下方法設(shè)定參考溫度：Command: TREFGUI: Main Menu>Solution&

9、gt;Loads>Settings>Reference Temp注意：設(shè)定均勻的初始溫度，與如下的設(shè)定節(jié)點的溫度（自由度）不同，設(shè)定節(jié)點溫度的操作步驟如下：Command: DGUI: Main Menu>Solution>Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes初始均勻溫度僅對分析的第一個子步有效；而設(shè)定節(jié)點溫度將保持貫穿整個瞬態(tài)分析過程，除非通過下列方法刪除此約束：Command: DDELEGUI: Main Menu>Solution>Loads>Delete>Thermal

10、>Temperature>On Nodes（2）設(shè)定非均勻的初始溫度在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點溫度可以設(shè)定為不同的值，操作步驟如下：Command: CGUI: Main Menu>Solution>Loads>Apply>Initial Condit'n>Define如果初始溫度場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、熱對流等）·將時間積分設(shè)置為OFF：Command: TIMINT, OFFGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads&

11、gt;Load Step Opts>Time/Frequenc>Time Integration·設(shè)定一個只有一個子步的，時間很小的載荷步（例如0.001）：Command: TIMEGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time and Substps·寫入載荷步文件：Command: LSWRITEGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解：Command: SOL

12、VEGUI: Main Menu>Solution>Solve>Current LS3、設(shè)定載荷步選項（1）普通選項·設(shè)置時間和時間步步，操作如下：Command: TIMEGUI: Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time-Time Step·設(shè)置每個載荷步的載荷子步數(shù)，或時間增量Command: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time

13、and Substps（2）非線性選項·設(shè)置迭代次數(shù)：（每個子步默認的次數(shù)為25，這對大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠）Command: NEQITGUI: Main Menu>Solution>Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter·自動時間步長：（本選項為ON時，在求解過程中將自動調(diào)整時間步長）Command: AUTOTSGUI: Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time and Substps·時間積分效果：

14、（如果將此選項設(shè)定為OFF，將進行穩(wěn)態(tài)熱分析）Command: TIMINTGUI: Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time Integration（3）輸出選項·控制打印輸出：（本選項可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out 文件中）Command: OUTPRGUI: Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Printout·控制結(jié)果文件：（控制*.rth的內(nèi)容）Command: OUTRES GUI:

15、 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>DB/Results File（4）存盤求解 后處理ANSYS提供兩種后處理方式：·POST1，可以對整個模型在某一載荷步（時間點）的結(jié)果進行后處理；Command: POST1GUI: Main Menu>General Postproc.·POST26，可以對模型中特定點在所有載荷步（整個瞬態(tài)過程）的結(jié)果進行后處理。Command: POST26GUI: Main Menu>TimeHist Postproc1、用POST1進行后處理

16、83;進入POST1后，可以讀出某一時間點的結(jié)果：Command: SETGUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq如果設(shè)定的時間點不在任何一個子步的時間點上，ANSYS會進行線性插值。·此外還可以讀出某一載荷步的結(jié)果：GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對結(jié)果進行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、打印列表等后處理。2、用POST26進行后處理·首先要定義變量：

17、Command: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables·然后就可以繪制這些變量隨時間變化的曲線：Command: PLVARGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables或列表輸出：Command: PRVARGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables此外，POST26還提供許多其它功能，如對變量進行數(shù)學(xué)操作等，請參閱ANSYS Basic A

18、nalysis Procedures Guide實例71：鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析一個直徑為12cm，溫度為1000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18，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/m700.60密度Kg/m378001000比熱J/kg4484200該問題是典型的瞬態(tài)傳熱問題，研究對象為鋼球和水。由于對稱性，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軸對稱單元進行求解。圖7-

19、1 幾何模型附帶光盤“Ch7實例71_start” 附帶光盤“Ch7實例71_end”附帶光盤“AVICh771.avi”1、定義工作文件名選擇Utility Menu>File>Change Jobname，彈出Change Jobname對話框。在對話框中將工作名改為example7-1，單擊OK關(guān)閉該對話框。選擇Main Menu>Preferences，彈出Preferences for GUI Filtering對話框，選中Thermal復(fù)選框，然后單擊Ok按鈕關(guān)閉該對話框。2、定義單元類型選擇Main Menu>Preprocessor>Element

20、 Type>Add/Edit/Delete，彈出Element Type對話框，單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。在Library of Element Types對話框的兩個列表框中分別選擇Thermal Solid、Quad 4node 55選項，如圖7-2所示。單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-2 單元類型列表對話框單擊Element Type對話框中的Options按鈕，彈出PLANE55 element type options對話框，在Element behavior K3下拉列表框中選擇Axisymmetric選項，其余選項均采用默認

21、設(shè)置，如圖7-3所示，單擊OK關(guān)閉該對話框。單擊Element Type對話框中的Close按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-3 PLANE55單元屬性設(shè)置對話框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，彈出Conductivity for Material Number1對

22、話框，在文本框中輸入鋼的導(dǎo)熱系數(shù)70，如圖7-5所示，點擊OK關(guān)閉對話框。3、雙擊Define Material Model Behavior對話框上的Specific Heat按鈕，彈出Specific Heat for Material Number1對話框，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)閉該對話框。4、雙擊Define Material Model Behavior對話框上的Density按鈕，彈出Density for Material Number1對話框，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)閉該對話框。圖7-4 定義材料屬性對

23、話框 圖7-5 定義材料導(dǎo)熱系數(shù)對話框圖7-6 定義材料比熱對話框 圖7-7 定義材料密度對話框5、定義水的材料屬性：在Define Material Model Behavior對話框中選擇Material>New Model，彈出Define Material ID對話框，在文本框中輸入材料參數(shù)號2，如圖7-8所示單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-8 定義材料編號對話框6、在Material Models Available列表中依次雙擊Thermal、Conductivity、Isotropic選項，彈出Conductivity for Material Number2對話框，在文本

24、框中輸入水的導(dǎo)熱系數(shù)0.6，點擊OK關(guān)閉對話框。7、雙擊Define Material Model Behavior對話框上的Specific Heat按鈕，彈出Specific Heat for Material Number2對話框，在文本框中輸入水的比熱4200，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。8、雙擊Define Material Model Behavior對話框上的Density按鈕，彈出Density for Material Number2對話框，在文本框中輸入水的密度1000，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。關(guān)閉Define Material Model Behavior對話框。4、創(chuàng)建

25、幾何模型1、選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions，彈出Create Rectangle by Dimensions對話框，如圖7-9所示，在X1、X2文本框中分別輸入0、0.3，在Y1、Y2文本框中分別輸入0、0.3，然后單擊OK按鈕確認設(shè)置。2、選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By Dimensions，彈出Circular Areas by

26、Dimensions對話框。參照圖7-10對其進行設(shè)置，然后單擊OK確認設(shè)置。圖7-9 創(chuàng)建矩形面對話框 圖7-10 創(chuàng)建圓面對話框3、選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，彈出Overlap Areas對話框。單擊Pick All按鈕選取所有的面。4、選擇Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers，彈出Compress Numbers對話框。在Label Item to be co

27、mpressed下拉列表框中選擇All選項，單擊OK按鈕確認設(shè)置。5、選擇Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，彈出Plot Numbering Controls對話框，選擇LINE選項，使其狀態(tài)從Off變?yōu)镺n，其余選項均采用默認設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。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>ManualSiz

28、e>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對話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個數(shù)30，在SPACE文本框中輸入0.1，如圖7-12所示，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。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Elemen

29、t Size on Picked Lines對話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個數(shù)32，在SPACE文本框中輸入0.1，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。4、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3，單擊OK按鈕，彈出Element Size on Picked Lines對話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個數(shù)30，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。選擇Utility Menu>Selec

30、t>Everything。圖7-12 設(shè)置單元個數(shù)對話框5、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>Concatenate>Lines，彈出Concatenate 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對話框，在MAT下拉列表中選擇1，如圖7-13所示，單擊OK按

31、鈕關(guān)閉該對話框。圖7-13 網(wǎng)格劃分屬性設(shè)置對話框7、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool，彈出Mesh Tool菜單，在Shape選項組中選中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

32、Meshing Attributes對話框，在MAT下拉列表中選擇2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。9、選擇Main Menu>Preprocessor>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Main Menu>Solution>Analysis Type>New Ana

33、lysis，彈出New Analysis對話框。選擇分析類型為Transient，如圖7-16所示，單擊OK按鈕，彈出Transient Analysis對話框，在TRNOPT選項組中選中Full單選按鈕，如圖7-16所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。選擇Utility Menu>Select>Everything。圖7-16 定義求解類型對話框 圖7-17 非穩(wěn)態(tài)分析選項設(shè)置對話框2、選擇Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time-Time Step，彈出Time and Time Step Op

34、tions對話框，參照圖7-18進行設(shè)置，然后單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-18 時間和時間步長設(shè)置對話框3、選擇Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time Integration>Amplitude Decay，彈出Time Integration Controls對話框，參照圖7-19進行設(shè)置，設(shè)置完畢后單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-19 時間積分控制對話框4、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中

35、選擇Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組中選擇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)閉該對話框。5、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇Attached to選項，在第3個選項組中選擇Elements單選按鈕，如圖7-21所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-20 單元選擇對話框 圖7-21 節(jié)點選擇對話框6、選擇Main Menu>Soluti

36、on>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對話框。在Lab2列表框中選擇TEMP選項，在文本框中輸入1000，如圖7-22所示。單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。選擇Utility Menu>Select>Everything。圖7-22 施加溫度載荷對話框7、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉

37、列表框中選擇Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組中選擇Material num單選按鈕，在文本框中輸入2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。8、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇Attached to選項，在第3個選項組中選擇Elements單選按鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。9、選擇Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>

38、;Temperature>On Nodes，彈出Apply TEMP on Nodes菜單，單擊Pick All按鈕，彈出Apply TEMP on Nodes對話框。在Lab2列表框中選擇TEMP選項，在文本框中輸入18，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 10、選擇Utility Menu>Select>Everything。選擇Main Menu>Solution>Solve>Current LS，彈出Solve Current Load Step對話框，單擊OK按鈕。ANSYS開始求解計算。計算結(jié)束后，彈出Note對話框，單擊Close按鈕關(guān)閉該對話框。11

39、、選擇Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequence>Time Integration>Amplitude Decay，彈出Time Integration Controls對話框，將TIMINT設(shè)置為On，其余選項均采用默認設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。12、選擇Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls，彈出Solution Controls對話框，選擇Basic選項卡，參照圖7-23進行設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-23 求解控制基

40、本選項設(shè)置對話框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對話框。在下拉列表框中選擇TEMP選項，如圖7-24，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-24 刪除節(jié)點參數(shù)對話框6、選擇Utility Menu>Select>Everything。選擇Utility Menu>file>Save as命令,彈出Save Dta

41、base對話框,在Save Dtabase to文本框中輸入71_start.db, 保存上述操作過程，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、選擇Main Menu>Solution>Solve>Current LS，出現(xiàn)Solve Current Load Step對話框，同時出現(xiàn)/STAT Command窗口，仔細閱讀/STAT Command窗口中的內(nèi)容，然后點擊Close按鈕，關(guān)閉/STAT Command窗口。點擊Solve Current Load Step對話框中的OK按鈕，ANSYS開始求解計算。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

42、該對話框。8、選擇Utility Menu>file>Save as命令,彈出Save Dtabase對話框,在Save Dtabase to文本框中輸入71_end.db, 保存求解結(jié)果，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、后處理 1、選擇Main Menu>General Postproc>Read Results>Last Set。2、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組

43、中選擇Material num單選按鈕，在文本框中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。3、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇Attached to選項，在第3個選項組中選擇Elements單選按鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。4、選擇Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，彈出Contour Nodal Solution Data對話框。選擇N

44、odal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature，單擊OK按鈕，鋼球內(nèi)部的溫度場分布如圖7-25所示。選擇Utility Menu>Select>Everything。圖7-25 鋼球內(nèi)部溫度場分布等值線云圖5、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組中選擇Material num單選按鈕，在文本框中輸入2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。6、選擇Util

45、ity Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇Attached to選項，在第3個選項組中選擇Elements單選按鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、選擇Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，彈出Contour Nodal Solution Data對話框。選擇Nodal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature，單擊O

46、K按鈕，水內(nèi)部的溫度場分布如圖7-26所示。圖7-26 水內(nèi)部溫度場分布等值線云圖8、選擇Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Axes，彈出Axes Modification for Graph Plots對話框，參照圖7-27進行設(shè)置，設(shè)置完成后單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-27 坐標設(shè)置對話框9、選擇Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Curves，彈出Curve Modification for Graph Plots對話框，在/GTHK下

47、拉列表框中選擇Triple選項，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。選擇Utility Menu>Select>Everything。10、選擇Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables，彈出Define Time-History Variables對話框，單擊Add按鈕，彈出Add Time-History Variable對話框，選中Nodal DOF Result單選按鈕，如圖7-28所示，單擊OK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 Data對話框，參照圖

48、7-29對其進行設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。單擊Define Time-History Varables對話框中的Close按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-28 添加時間歷程變量對話框 圖7-29 定義節(jié)點數(shù)據(jù)對話框11、選擇Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables，彈出Graph Time-History Varable對話框，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間的變化關(guān)系曲線圖，如圖7-31所示。圖7-30 顯示時間歷程對話框 圖7-31 球心溫度隨時間變化曲線圖實例72

49、：不同材料金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析一個30公斤重、溫度為1000的銅塊,以及一個20公斤重、溫度為800的鐵塊，突然放入溫度為20、盛滿了300升水的、完全絕熱的水箱中，如圖7-32所示。試求：一個小時后，銅塊與鐵塊的溫度分布(假設(shè)忽略水的流動)。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/m383700.6密度Kg/m3888978001000比熱J/k7-32 物理模型示意圖該問題是典型的非穩(wěn)態(tài)傳熱問題，研究對象為3個：銅塊、鐵塊和水。由于分析對象的長度遠遠大于其橫截面積，因此只需對其橫截面進行分析即可。本例選取P

50、LANE77單元進行求解。附帶光盤“Ch7實例72_start” 附帶光盤“Ch7實例72_end”附帶光盤“AVICh772.avi”1、定義工作文件名選擇Utility Menu>File>Change Jobname，彈出Change Jobname對話框。在對話框中將工作名改為example7-2，單擊OK關(guān)閉該對話框。選擇Main Menu>Preferences，彈出Preferences for GUI Filtering對話框，選中Thermal復(fù)選框，然后單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。2、定義單元類型選擇Main Menu>Preprocessor>

51、Element Type>Add/Edit/Delete，彈出Element Type對話框，單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。在兩個文本框中分別選擇Thermal Solid、8node 77,點擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。單擊Element Type對話框上的Close按鈕關(guān)閉該對話框。3、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

52、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、0.225、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 建立長方形對話框1 圖7-34 建立長方形對話框2 圖7-35 建立長方形對話框34、選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overl

53、ap>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對話框，點選AREA復(fù)選框，使其狀態(tài)由Off變?yōu)镺n，然后單擊OK按鈕完成設(shè)置。6、選擇Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers，彈出Compress Numbers對話框，在Label下拉列表框中選擇Areas選項，如圖7-36所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-36 壓縮編號對話框7

54、、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對話框。2、在Material Models Available列表框依次雙擊Thermal、Conductivity、Isotropic選項，彈出Conductivity for Material Number 1對話框，在KXX文本框中輸入銅的導(dǎo)熱系數(shù)3

55、83，如圖7-38所示，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。3、雙擊Specific Heat選項，彈出Specific Heat for Material Number 1對話框，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)閉對話框。4、雙擊Density選項，彈出Density for Material Number 1對話框，在DENS文本框中輸入銅的密度8889，如圖7-40所示，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。圖7-38 定義導(dǎo)熱系數(shù)對話框 圖7-39 定義比熱對話框圖7-40 定義密度對話框5、在Define Material Model Behavior對話框中單擊Materi

56、al>New Model，彈出Define Material ID對話框，在Define Material ID文本框中輸入2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。6、在Material Models Available列表框依次雙擊Thermal、Conductivity、Isotropic選項，彈出Conductivity for Material Number 2對話框，在KXX文本框中輸入鐵的導(dǎo)熱系數(shù)70，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。7、雙擊Specific Heat選項，彈出Specific Heat for Material Number 2對話框，在C文本框中輸入鐵的比熱448，單擊OK

57、按鈕關(guān)閉對話框。8、雙擊Density選項，彈出Density for Material Number 2對話框，在DENS文本框中輸入鐵的密度7800，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。9、在Define Material Model Behavior對話框中單擊Material>New Model，彈出Define Material ID對話框，在Define Material ID文本框中輸入3，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。10、在Material Models Available列表框依次雙擊Thermal、Conductivity、Isotropic選項，彈出Conductivity fo

58、r Material Number 3對話框，在KXX文本框中輸入水的導(dǎo)熱系數(shù)0.61，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。11、雙擊Specific Heat選項，彈出Specific Heat for Material Number 3對話框，在C文本框中輸入水的比熱4200，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。12、雙擊Density選項，彈出Density for Material Number 3對話框，在DENS文本框中輸入水的密度1000，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。最后關(guān)閉Define Material Model Behavior對話框。5、劃分有限元網(wǎng)格1、選擇Main Menu>Preproc

59、essor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Global>Size，彈出Global Element Sizes對話框，在SIZE文本框中輸入0.02，如圖7-41所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 2、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出Meshing Attributes對話框，在MAT下拉列表框中選擇1，如圖7-42所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。3、選擇Main Menu>Preprocessor>

60、;Meshing>Mesh>Areas>Free，彈出Mesh Areas對話框，在文本框中輸入1，單擊OK按鈕，ANSYS開始劃分銅塊部分網(wǎng)格。圖7-41 定義單元尺寸對話框圖7-42 定義網(wǎng)格屬性對話框4、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出Meshing Attributes對話框，在MAT下拉列表框中選擇2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。5、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free，彈出Mesh Areas對話框，在文本框中輸入2，單擊OK按鈕，ANSYS開始劃分鐵塊部分網(wǎng)格。6、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出Meshing Attributes對話框，在MAT下拉列表框中選擇3，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Me