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ANSYS熱分析Guidelines2001年10月1日1ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)目錄
第一章簡介 一、熱分析的目的 二、ANSYS的熱分析 三、ANSYS熱分析分類四、耦合分析第二章基礎(chǔ)知識(shí)一、符號(hào)與單位二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧三、熱傳遞的方式四、穩(wěn)態(tài)傳熱五、瞬態(tài)傳熱六、線性與非線性七、邊界條件、初始條件八、熱分析誤差估計(jì)Guidelines2001年10月1日2ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)目錄
(續(xù))第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義二、熱分析的單元三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程練習(xí)第四章瞬態(tài)傳熱分析一、瞬態(tài)傳熱分析的定義二、瞬態(tài)熱分析的單元及命令三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟1、建模2、加載求解3、后處理四、相變問題練習(xí)Guidelines2001年10月1日3ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第一章
熱分析簡介2001年10月1日4ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)在完成本章學(xué)習(xí)后,我們應(yīng)該對(duì)熱分析的基本概念有所了解,并了解它的基本分類。ModuleObjective第一講熱分析的目的第二講ANSYS的熱分析第三講ANSYS熱分析分類第四講耦合分析
LessonObjectives目標(biāo)
2001年10月1日5ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)熱分析的目的
P-1.熱分析的目的
熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù),如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度(熱通量〕等。熱分析在許多工程應(yīng)用中扮演重要角色,如內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)、換熱器、管路系統(tǒng)、電子元件等。ObjectiveDefinition2001年10月1日6ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)ANSYS的熱分析P-2.ANSYS的熱分析在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能?!?/p>
ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程,用有限元法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度,并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。·
ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外,還可以分析相變、有內(nèi)熱源、接觸熱阻等問題。Objective2001年10月1日7ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)ANSYS的熱分析分類P-3.ANSYS的熱分析分類穩(wěn)態(tài)傳熱:系統(tǒng)的溫度場不隨時(shí)間變化瞬態(tài)傳熱:系統(tǒng)的溫度場隨時(shí)間明顯變化ObjectiveGuidelines2001年10月1日8ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)耦合分析P-4.與熱有關(guān)的耦合分析·
熱-結(jié)構(gòu)耦合·
熱-流體耦合·
熱-電耦合·
熱-磁耦合·
熱-電-磁-結(jié)構(gòu)耦合等ObjectiveGuidelines2001年10月1日9ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第二章
基礎(chǔ)知識(shí)2001年10月1日10ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)本章學(xué)習(xí),我們簡單介紹熱分析的基礎(chǔ)知識(shí),以助于大家對(duì)以后的熱分析有個(gè)大體概念。ModuleObjective第一講、符號(hào)與單位第二講、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧第三講、熱傳遞的方式第四講、穩(wěn)態(tài)傳熱第五講、瞬態(tài)傳熱第六講、線性與非線性第七講、邊界條件、初始條件第八講、熱分析誤差估計(jì)LessonObjectives目標(biāo)
2001年10月1日11ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第一講、符號(hào)與單位項(xiàng)目國際單位英制單位ANSYS代號(hào)長度mft[英尺]
時(shí)間ss
質(zhì)量Kglbm[磅質(zhì)量]
溫度℃oF
力Nlbf
能量(熱量)JBTU[英制熱單位]
功率(熱流率)WBTU/sec
熱流密度W/m2BTU/sec-ft2
生熱速率W/m3BTU/sec-ft3
導(dǎo)熱系數(shù)W/m-℃BTU/sec-ft-oFKXX對(duì)流系數(shù)W/m2-℃BTU/sec-ft2-oFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比熱J/Kg-℃BTU/lbm-oFC焓J/m3BTU/ft3ENTH表征物體吸收的熱量,為一個(gè)體系的內(nèi)能與體系的體積和外界施加于體系的壓強(qiáng)的乘積之和2001年10月1日12ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第二講、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧
2001年10月1日13ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第三講、熱傳遞的方式
1、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個(gè)物體之間或一個(gè)物體的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換。熱傳導(dǎo)遵循付里葉定律:qn=-k*(dT/dx),式中qn為熱流密度(W/m2),k為導(dǎo)熱系數(shù)(W/m-℃),“-”表示熱量流向溫度降低的方向。2、熱對(duì)流熱對(duì)流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間,由于溫差的存在引起的熱量的交換。熱對(duì)流可以分為兩類:自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱對(duì)流用牛頓冷卻方程來描述:qn=h*(TS-TB),式中h為對(duì)流換熱系數(shù)(或稱膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系數(shù)等),TS為固體表面的溫度,TB為周圍流體的溫度。Definition2001年10月1日14ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第三講、熱傳遞的方式
3、熱輻射熱輻射指物體發(fā)射電磁能,并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程。物體溫度越高,單位時(shí)間輻射的熱量越多。熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流都需要有傳熱介質(zhì),而熱輻射無須任何介質(zhì)。實(shí)質(zhì)上,在真空中的熱輻射效率最高。在工程中通??紤]兩個(gè)或兩個(gè)以上物體之間的輻射,系統(tǒng)中每個(gè)物體同時(shí)輻射并吸收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬—波爾茲曼方程來計(jì)算:q=εσA1F12(T14-T24),式中q為熱流率,ε為輻射率(黑度),σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù),約為5.67×10-8W/m2.K4,A1為輻射面1的面積,F(xiàn)12為由輻射面1到輻射面2的形狀系數(shù),T1為輻射面1的絕對(duì)溫度,T2為輻射面2的絕對(duì)溫度。由上式可以看出,包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。Definition2001年10月1日15ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第四講、穩(wěn)態(tài)傳熱
如果系統(tǒng)的凈熱流率為0,即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量:q流入+q生成-q流出=0,則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱分析中任一節(jié)點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化。穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為(以矩陣形式表示)[K]{T}={Q}式中:[K]為傳導(dǎo)矩陣,包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù); {T}為節(jié)點(diǎn)溫度向量; {Q}為節(jié)點(diǎn)熱流率向量,包含熱生成;ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件,生成[K]、{T}以及{Q}。Guidelines2001年10月1日16ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第五講、瞬態(tài)傳熱
瞬態(tài)傳熱過程是指一個(gè)系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個(gè)過程中系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時(shí)間都有明顯變化。根據(jù)能量守恒原理,瞬態(tài)熱平衡可以表達(dá)為(以矩陣形式表示):[C]{}+[K]{T}={Q}式中: [K]為傳導(dǎo)矩陣,包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù); [C]為比熱矩陣,考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加; {T}為節(jié)點(diǎn)溫度向量; {}為溫度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù); {Q}為節(jié)點(diǎn)熱流率向量,包含熱生成。Guidelines2001年10月1日17ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第六講、線性與非線性如果有下列情況產(chǎn)生,則為非線性熱分析:①、材料熱性能隨溫度變化,如K(T),C(T)等;②、邊界條件隨溫度變化,如h(T)等;③、含有非線性單元;④、考慮輻射傳熱非線性熱分析的熱平衡矩陣方程為:[C(T)]{}+[K(T)]{T}={Q(T)}Guidelines2001年10月1日18ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第七講、邊界條件、初始條件
ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件可分為七種:溫度;熱流率;熱流密度;對(duì)流;輻射;絕熱;生熱。Guidelines2001年10月1日19ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第八講、熱分析誤差估計(jì)
·
僅用于評(píng)估由于網(wǎng)格密度不夠帶來的誤差;·
僅適用于SOLID或SHELL的熱單元(只有溫度一個(gè)自由度);·
基于單元邊界的熱流密度的不連續(xù);·
僅對(duì)一種材料、線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效;·
使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分可以對(duì)誤差進(jìn)行控制。Guidelines2001年10月1日20ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第三章
穩(wěn)態(tài)傳熱分析2001年10月1日21ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)本章學(xué)習(xí),我們將介紹穩(wěn)態(tài)傳熱分析的知識(shí),以助于大家了解以后的穩(wěn)態(tài)傳熱分析,并能對(duì)簡單的問題進(jìn)行求解。ModuleObjective第一講、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義第二講、熱分析的單元第三講、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程練習(xí)LessonObjectives目標(biāo)
2001年10月1日22ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第一講、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對(duì)系統(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析以前,進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計(jì)算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)Definition2001年10月1日23ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第二講、熱分析的單元熱分析涉及到的單元有大約40種,其中純粹用于熱分析的有14種:線性: LINK32 兩維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元 LINK33 三維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元 LINK34 二節(jié)點(diǎn)熱對(duì)流單元 LINK31 二節(jié)點(diǎn)熱輻射單元二維實(shí)體:PLANE55 四節(jié)點(diǎn)四邊形單元 PLANE77 八節(jié)點(diǎn)四邊形單元 PLANE35 三節(jié)點(diǎn)三角形單元 PLANE75 四節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱單元 PLANE78 八節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱單元三維實(shí)體SOLID87 六節(jié)點(diǎn)四面體單元 SOLID70 八節(jié)點(diǎn)六面體單元 SOLID90 二十節(jié)點(diǎn)六面體單元?dú)? SHELL57 四節(jié)點(diǎn)點(diǎn) MASS71 有關(guān)單元的詳細(xì)解釋,請(qǐng)參閱《ANSYSElementReferenceGuide》2001年10月1日24ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第三講、
ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程ANSYS熱分析可分為三個(gè)步驟:·
前處理: 建模·
求解: 施加載荷計(jì)算·
后處理: 查看結(jié)果Procedure1......2......3......
2001年10月1日25ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟一:建模①、確定jobname、title、unit;②、進(jìn)入PREP7前處理,定義單元類型,設(shè)定單元選項(xiàng);③、定義單元實(shí)常數(shù);④、定義材料熱性能參數(shù),對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳熱,一般只需定義導(dǎo)熱系數(shù),它可以是恒定的,也可以隨溫度變化;⑤、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格,請(qǐng)參閱《ANSYSModelingandMeshingGuide》。Guidelines2001年10月1日26ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算①、定義分析類型如果進(jìn)行新的熱分析:Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:Mainmenu>Solution>-AnalysisType->NewAnalysis>Steady-state如果繼續(xù)上一次分析,比如增加邊界條件等:Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:Mainmenu>Solution>AnalysisType->Restart2001年10月1日27ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算②、施加載荷可以直接在實(shí)體模型或單元模型上施加五種載荷(邊界條件):a、恒定的溫度通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。CommandFamily:DGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-TemperatureGuidelines2001年10月1日28ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算b、熱流率熱流率作為節(jié)點(diǎn)集中載荷,主要用于線單元模型中(通常線單元模型不能施加對(duì)流或熱流密度載荷),如果輸入的值為正,代表熱流流入節(jié)點(diǎn),即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時(shí)施加在一節(jié)點(diǎn)上則ANSYS讀取溫度值進(jìn)行計(jì)算。注意:如果在實(shí)體單元的某一節(jié)點(diǎn)上施加熱流率,則此節(jié)點(diǎn)周圍的單元要密一些,在兩種導(dǎo)熱系數(shù)差別很大的兩個(gè)單元的公共節(jié)點(diǎn)上施加熱流率時(shí),尤其要注意。此外,盡可能使用熱生成或熱流密度邊界條件,這樣結(jié)果會(huì)更精確些。CommandFamily:FGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-HeatFlowGuidelines2001年10月1日29ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前二十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算c、對(duì)流對(duì)流邊界條件作為面載施加于實(shí)體的外表面,計(jì)算與流體的熱交換,它僅可施加于實(shí)體和殼模型上,對(duì)于線模型,可以通過對(duì)流線單元LINK34考慮對(duì)流。CommandFamily:SFGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-ConvectionGuidelines2001年10月1日30ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算d、熱流密度熱流密度也是一種面載。當(dāng)通過單位面積的熱流率已知或通過FLOTRANCFD計(jì)算得到時(shí),可以在模型相應(yīng)的外表面施加熱流密度。如果輸入的值為正,代表熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實(shí)體和殼單元。熱流密度與對(duì)流可以施加在同一外表面,但ANSYS僅讀取最后施加的面載進(jìn)行計(jì)算。CommandFamily:FGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-HeatFluxGuidelines2001年10月1日31ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算e、生熱率生熱率作為體載施加于單元上,可以模擬化學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。CommandFamily:BFGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-HeatGeneratGuidelines2001年10月1日32ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算③定載荷步選項(xiàng)對(duì)于一個(gè)熱分析,可以確定普通選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出控制。a.普通選項(xiàng)·
時(shí)間選項(xiàng):雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析,時(shí)間選項(xiàng)并沒有實(shí)際的物理意義,但它提供了一個(gè)方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。Command:TIMEGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstps2001年10月1日33ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·
每載荷步中子步的數(shù)量或時(shí)間步大?。簩?duì)于非線性分析,每一載荷步需要多個(gè)子步。Command:NSUBSTGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstpsCommand:DELTIMGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>Time-TimeStep2001年10月1日34ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·
遞進(jìn)或階越選項(xiàng):如果定義階越(stepped)選項(xiàng),載荷值在這個(gè)載荷步內(nèi)保持不變;如果為遞進(jìn)(ramped)選項(xiàng),則載荷值由上一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化。Command:KBCGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstpsGuidelines2001年10月1日35ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算③定載荷步選項(xiàng)b.非線性選項(xiàng)·迭代次數(shù):本選項(xiàng)設(shè)置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)。默認(rèn)值為25,對(duì)大數(shù)熱分析問題足夠。Command:NEQITGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>EquilibriumIterGuidelines2001年10月1日36ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·自動(dòng)時(shí)間步長:對(duì)于非線性問題,可以自動(dòng)設(shè)定子步間載荷的增長,保證求解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。Command:AUTOTSGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstpsGuidelines2001年10月1日37ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·
收斂誤差:可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗(yàn)熱分析的收斂性。Command:CNVTOLGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>ConvergenceCritGuidelines2001年10月1日38ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·求解結(jié)束選項(xiàng):如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi),達(dá)不到收斂,ANSYS可以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解。Command:NCNVGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>CriteriatoStopGuidelines2001年10月1日39ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前三十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·線性搜索:設(shè)置本選項(xiàng)可使ANSYS用Newton-Raphson方法進(jìn)行線性搜索。Command:LNSRCHGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>LineSearchGuidelines2001年10月1日40ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算·預(yù)測矯正:本選項(xiàng)可激活每一子步第一次迭代對(duì)自由度求解的預(yù)測矯正。Command:PREDGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>PredictorGuidelines2001年10月1日41ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算③定載荷步選項(xiàng)c.
輸出控制·
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。Command:OUTPRGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>SoluPrintoutGuidelines2001年10月1日42ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算c.
輸出控制·
控制結(jié)果文件:控制*.rth的內(nèi)容。Command:OUTRESGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>DB/ResultsFileGuidelines2001年10月1日43ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算④確定分析選項(xiàng)a.Newton-Raphson選項(xiàng)(僅對(duì)非線性分析有用)Command:NROPTGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions2001年10月1日44ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算b.
選擇求解器:可選擇如下求解器中一個(gè)進(jìn)行求解:·
Frontalsolver(默認(rèn))·
JacobiConjugateGradient(JCG)solver·
JCGout-of-memorysolver·
IncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)solver·
Pre-ConditionedConjugateGradientSolver(PCG)·
Iterative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSLVGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions注意:熱分析可選用Iterative選項(xiàng)進(jìn)行快速求解,但如下情況除外:·
熱分析包含SURF19或SURF22或超單元;·
熱輻射分析;·
相變分析·
需要restartananalysisGuidelines2001年10月1日45ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算c.確定絕對(duì)零度:在進(jìn)行熱輻射分析時(shí),要將目前的溫度值換算為絕對(duì)溫度。如果使用的溫度單位是攝氏度,此值應(yīng)設(shè)定為273;如果使用的是華氏度,則為460。Command:TOFFSTGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions2001年10月1日46ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算⑤保存模型:點(diǎn)擊ANSYS工具條SAVE_DB。⑥求解Command:SOLVEGUI:MainMenu>Solution>CurrentLS2001年10月1日47ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三:后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入*.rth文件中,它包含如下數(shù)據(jù):
基本數(shù)據(jù):·
節(jié)點(diǎn)溫度導(dǎo)出數(shù)據(jù):·
節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度·
節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度·
單元熱流率·
節(jié)點(diǎn)的反作用熱流率·
其它2001年10月1日48ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三:后處理對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析,可以使用POST1進(jìn)行后處理,關(guān)于后處理的完整描述,可參閱《ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide》。進(jìn)入POST1后,讀入載荷步和子步:Command:SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-ByLoadStep2001年10月1日49ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前四十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三:后處理可以通過如下三種方式查看結(jié)果:·
彩色云圖顯示Command:PLNSOL,PLESOL,PLETAB等GUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu,ElementSolu,ElemTable2001年10月1日50ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三:后處理·
矢量圖顯示Command:PLVECTGUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Pre-definedorUserdefined2001年10月1日51ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三:后處理·
列表顯示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolu,ElementSolu,ReactionSolu詳細(xì)過程請(qǐng)參閱《ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide》。2001年10月1日52ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析
某一潛水艇可以簡化為一圓筒,它由三層組成,最外面一層為不銹鋼,中間為玻纖隔熱層,最里面為鋁層,筒內(nèi)為空氣,筒外為海水,求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布。幾何參數(shù):筒外徑 30 feet
總壁厚 2 inch
不銹鋼層壁厚 0.75 inch
玻纖層壁厚 1 inch
鋁層壁厚 0.25 inch
筒長 200 feet導(dǎo)熱系數(shù):不銹鋼 8.27 BTU/hr.ft.oF
玻纖 0.028 BTU/hr.ft.oF
鋁 117.4 BTU/hr.ft.oFExercise2001年10月1日53ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析邊界條件:空氣溫度70oF海水溫度44.5oF空氣對(duì)流系數(shù)2.5BTU/hr.ft2.oF海水對(duì)流系數(shù)80BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圓筒軸線作橫截面,得到一圓環(huán),取其中1度進(jìn)行分析,如圖示。2001年10月1日54ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析以下分別列出log文件和菜單文件。/filename,Steady1/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine/units,BFTRo=15 !外徑(ft)Rss=15-(0.75/12) !不銹鋼層內(nèi)徑ft)Rins=15-(1.75/12) !玻璃纖維層內(nèi)徑(ft)Ral=15-(2/12) !鋁層內(nèi)徑(ft)Tair=70 !潛水艇內(nèi)空氣溫度Tsea=44.5 !海水溫度Kss=8.27 !不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Kins=0.028 !玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)2001年10月1日55ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析Kal=117.4 !鋁的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5 !空氣的對(duì)流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80 !海水的對(duì)流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55 !定義二維熱單元mp,kxx,1,Kss !設(shè)定不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)mp,kxx,2,Kins !設(shè)定玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)mp,kxx,3,Kal !設(shè)定鋁的導(dǎo)熱系數(shù)pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5 !創(chuàng)建幾何模型 pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,all 2001年10月1日56ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析numcmp,arealesize,1,,,16 !設(shè)定劃分網(wǎng)格密度lesize,4,,,4lesize,14,,,5lesize,16,,,2eshape,2 !設(shè)定為映射網(wǎng)格劃分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,32001年10月1日57ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,,TAIR !施加空氣對(duì)流邊界SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA !施加海水對(duì)流邊界SOLVE
/POST1PLNSOL !輸出溫度彩色云圖finish2001年10月1日58ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析菜單操作:1.UtilityMenu>File>changejobname,輸入Steady1;2.UtilityMenu>File>changetitle,輸入Steady-statethermalanalysisofsubmarine;3.在命令行輸入:/units,BFT;4.MainMenu:Preprocessor;2001年10月1日59ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前五十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析菜單操作:5.MainMenu:Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,選擇PLANE55;6.MainMenu:Preprocessor>MaterialProp>-Constant-Isotropic,默認(rèn)材料編號(hào)為1,在KXX框中輸入8.27,選擇APPLY,輸入材料編號(hào)為2,在KXX框中輸入0.028,選擇APPLY,輸入材料編號(hào)為3,在KXX框中輸入117.4;2001年10月1日60ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析菜單操作:7.MainMenu:Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas-Circle>ByDimensions在RAD1中輸入15,在RAD2中輸入15-(.75/12),在THERA1中輸入-0.5,在THERA2中輸入0.5,選擇APPLY;在RAD1中輸入15-(.75/12),在RAD2中輸入15-(1.75/12),選擇APPLY;在RAD1中輸入15-(1.75/12),在RAD2中輸入15-2/12,選擇OK;2001年10月1日61ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析菜單操作:8.MainMenu:Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleane->Glue>Area,選擇PICKALL;2001年10月1日62ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析菜單操作:9.MainMenu:Preprocessor>-Meshing-SizeContrls>-Lines-PickedLines選擇不銹鋼層短邊,在NDIV框中輸入4,選擇APPLY;2001年10月1日63ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析選擇玻璃纖維層的短邊,在NDIV框中輸入5,選擇APPLY;選擇鋁層的短邊,在NDIV框中輸入2,選擇APPLY;選擇四個(gè)長邊,在NDIV中輸入16;2001年10月1日64ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析10.MainMenu:Preprocessor>-Attributes-Define>PickedArea選擇不銹鋼層,在MAT框中輸入1,選擇APPLY;選擇玻璃纖維層,在MAT框中輸入2,選擇APPLY;選擇鋁層,在MAT框中輸入3,選擇OK;2001年10月1日65ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析11.MainMenu:Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>3or4sided,選擇PICKALL;2001年10月1日66ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析12.MainMenu:Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>Onlines選擇不銹鋼外壁,在VALI框中輸入80,在VAL2I框中輸入44.5,選擇APPLY;2001年10月1日67ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析選擇鋁層內(nèi)壁,在VALI框中輸入2.5,在VAL2I框中輸入70,選擇OK;2001年10月1日68ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)練習(xí):穩(wěn)態(tài)傳熱分析13.MainMenu:Solution>-Solve-CurrentLS;14.MainMenu:GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu,選擇Temperature。2001年10月1日69ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前六十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)《ANSYSVerificationManual》中關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例:VM58 CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM92 InsultedwalltemperatureVM93 TemperaturedependentconductivityVM94 HeatgeneratingplateVM95 HeattransferfromacoolingspineVM96 TemperaturedistributioninashortsolidcylinderVM97 TemperaturedistributionalongastraightfinVM98 TemperaturedistributionalongataperedfinVM99 TemperaturedistributioninatrapezoidalfinVM100 Heatconductivityacrossachimneysection2001年10月1日70ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例:VM101 TemperaturedistributioninashortsolidcylinderVM102 CylinderwithtemperaturedependentconductivityVM103 ThinplatewithacentralheatsourceVM105 HeatgenerationcoilwithtemperaturedependentconductivityVM108 TemperaturegradientacrossasolidcylinderVM118 CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM160 SolidcylinderwithharmonictemperatureloadVM161 HeatflowfromainsulatedpipeVM162 CoolingofacircularfinofrectangularprofileVM193 Adaptiveanalysisoftwo-dimensionalheattransferwithconvection2001年10月1日71ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第四章
瞬態(tài)傳熱分析2001年10月1日72ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)本章學(xué)習(xí),我們將介紹瞬態(tài)傳熱分析的知識(shí),以助于大家了解瞬態(tài)傳熱分析,并能對(duì)簡單的問題進(jìn)行求解。ModuleObjective第一講、瞬態(tài)傳熱分析的定義第二講、瞬態(tài)熱分析的單元及命令第三講、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟第四講、建模第五講、加載求解第六講、后處理第七講、相變問題練習(xí)LessonObjectives目標(biāo)
2001年10月1日73ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第一講、瞬態(tài)傳熱的定義瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)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(jì)算溫度場,并將之作為熱載荷進(jìn)行應(yīng)力分析。其基本步驟與穩(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。載荷~時(shí)間曲線中的每一個(gè)拐點(diǎn)為一個(gè)載荷步,如下圖所示。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。Definition2001年10月1日74ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第二講、瞬態(tài)熱分析中的單元及命令瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同。要了解每個(gè)單元的詳細(xì)說明,請(qǐng)參閱《ANSYSElementReferenceGuide》。要了解每個(gè)命令的詳細(xì)功能,請(qǐng)參閱《ANSYSCommandReferenceGuide》。Definition2001年10月1日75ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)第三講、瞬態(tài)熱分析的主要步驟建模加載求解后處理Procedure1......2......3......
2001年10月1日76ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟一:建?!?/p>
確定jobname、title、units,進(jìn)入PREP7;·
定義單元類型并設(shè)置選項(xiàng);·
如果需要,定義單元實(shí)常數(shù);·
定義材料熱性能:一般瞬態(tài)熱分析要定義導(dǎo)熱系數(shù)、密度及比熱;·
建立幾何模型;·
對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格。關(guān)于建模及劃分網(wǎng)格,請(qǐng)參閱《ANSYSModelingandMeshingGuide》。2001年10月1日77ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解a、定義分析類型·
如果第一次進(jìn)行分析,或重新進(jìn)行分析GUI:MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis>TransientCommand:ANTYPE,TRANSIENT,NEWGuidelines2001年10月1日78ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解a、定義分析類型·
如果接著上次的分析繼續(xù)進(jìn)行(例如增加其它載荷)GUI:MainMenu>Solution>AnalysisType>RestartCommand:ANTYPE,TRANSIENT,RESTGuidelines2001年10月1日79ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前七十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解b、獲得瞬態(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(diǎn)初始溫度Command:TUNIFGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Settings>UniformTempGuidelines2001年10月1日80ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解①、定義均勻溫度場如果不在對(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:Command:TREFGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Settings>ReferenceTempGuidelines2001年10月1日81ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解注意: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Command:DGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>OnNodesGuidelines2001年10月1日82ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解初始均勻溫度僅對(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:Command:DDELEGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>OnNodes2001年10月1日83ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解②、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:Command:ICGUI:MainMenu>Solution>Loads>Apply>-InitialCondit'n>DefineGuidelines2001年10月1日84ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解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:·
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:Command:TIMINT,OFFGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeIntegration2001年10月1日85ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解2001年10月1日86ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解·
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):Command:TIMEGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstpsGuidelines2001年10月1日87ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解·
寫入載荷步文件:Command:LSWRITEGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>WriteLSFile或先求解:Command:SOLVEGUI:MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS注意:在第二載荷步中,要?jiǎng)h去所有設(shè)定的溫度,除非這些節(jié)點(diǎn)的溫度在瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分析相同。Guidelines2001年10月1日88ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解c、設(shè)定載荷步選項(xiàng)①、普通選項(xiàng)時(shí)間:本選項(xiàng)設(shè)定每一載荷步結(jié)束時(shí)的時(shí)間:Command:TIMEGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstpsGuidelines2001年10月1日89ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前八十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解c、設(shè)定載荷步選項(xiàng)①、普通選項(xiàng)每個(gè)載荷步的載荷子步數(shù),或時(shí)間增量對(duì)于非線性分析,每個(gè)載荷步需要多個(gè)載荷子步。時(shí)間步長的大小關(guān)系到計(jì)算的精度。步長越小,計(jì)算精度越高,同時(shí)計(jì)算的時(shí)間越長。根據(jù)線性傳導(dǎo)熱傳遞,可以按如下公式估計(jì)初始時(shí)間步長: ITS=δ2/4α其中δ為沿?zé)崃鞣较驘崽荻茸畲筇幍膯卧拈L度,α為導(dǎo)溫系數(shù),它等于導(dǎo)熱系數(shù)除以密度與比熱的乘積(α=k/ρc)。Command:NSUBSTorDELTIMGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstpsGuidelines2001年10月1日90ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解如果載荷在這個(gè)載荷步是恒定的,需要設(shè)為階越選項(xiàng);如果載荷值隨時(shí)間線性變化,則要設(shè)定為漸變選項(xiàng):Command:KBCGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstps
Guidelines2001年10月1日91ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十一頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解②、非線性選項(xiàng)迭代次數(shù):每個(gè)子步默認(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。Command:NEQITGUI:MainMenu>Solution>-Loadstepopts>Nonlinear>EquilibriumIter2001年10月1日92ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十二頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解②、非線性選項(xiàng)自動(dòng)時(shí)間步長: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。Command:AUTOTSGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstps2001年10月1日93ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十三頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解②、非線性選項(xiàng)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。Command:TIMINTGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeIntegration2001年10月1日94ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十四頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解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Command:OUTPRGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->OutputCtrls>SoluPrintoutGuidelines2001年10月1日95ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十五頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟二:加載求解③、輸出選項(xiàng)·
控制結(jié)果文件:控制*.rth的內(nèi)容Command:OUTRESGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->OutputCtrls>DB/ResultsFile、存盤求解2001年10月1日96ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十六頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟三: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;Command:POST1GUI:MainMenu>GeneralPostproc.·
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。Command:POST26GUI:MainMenu>TimeHistPostprocGuidelines2001年10月1日97ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十七頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟三:后處理1、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:Command:SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>ByTime/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:MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>ByLoadStep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、打印列表等后處理。Guidelines2001年10月1日98ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十八頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟三:后處理2、用POST26進(jìn)行后處理·
首先要定義變量:Command:NSOLorESOLorRFORCEGUI:MainMenu>TimeHistPostproc>DefineVariables2001年10月1日99ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前九十九頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟三:后處理·
然后就可以繪制這些變量隨時(shí)間變化的曲線:Command:PLVARGUI:MainMenu>TimeHistPostproc>GraphVariables2001年10月1日100ANSYS培訓(xùn)教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)目前一百頁\總數(shù)一百三十五頁\編于十點(diǎn)瞬態(tài)熱分析步驟三:后處理或列表輸出:Command:PRVARGUI:MainMenu>TimeHistPostproc>ListVariables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
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