ANSYS熱分析指南-ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析

10ANSYS 穩(wěn)態(tài)傳熱的定義ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional熱載荷對(duì)系統(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)展瞬態(tài)熱分析以前，進(jìn)展穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。也可以在全部瞬態(tài)效應(yīng)消逝后，將穩(wěn)態(tài)熱分析作為瞬態(tài)熱分析的最終一步進(jìn)展分析。穩(wěn)態(tài)熱分析可以計(jì)算確定由于不隨時(shí)間變化的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)。這些熱載荷包括：對(duì)流輻熱流密度〔單位面積熱流〕熱生成率〔單位體積熱流〕固定溫度的邊界條件穩(wěn)態(tài)熱分析可用于材料屬性固定不變的線性問(wèn)題和材料性質(zhì)隨溫度變化的非線性問(wèn)題。事實(shí)上，大多數(shù)材料的熱性能都隨溫度變化，因此在通常狀況下，熱分析都是非線性的。固然，假設(shè)在分析中考慮輻射，則分析也是非線性的。熱分析的單元ANSYSANSYS/Professional40析。有關(guān)單元的具體描述請(qǐng)參考《ANSYSElementReference》，該手冊(cè)以單元編號(hào)來(lái)表達(dá)單元，第一個(gè)單元是LINK1。單元名承受大寫(xiě)，全部的單元都可用于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析。其中SOLID70單元還具有補(bǔ)償在恒定速度場(chǎng)下由于傳質(zhì)導(dǎo)致的熱流的功能。這些熱分析單元如下：3-1單元維數(shù)外形及特點(diǎn)自由度PLANE35二維六節(jié)點(diǎn)三角形單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕PLANE55二維四節(jié)點(diǎn)四邊形單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕PLANE75二維四節(jié)點(diǎn)諧單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕PLANE77二維八節(jié)點(diǎn)四邊形單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕PLANE38二維八節(jié)點(diǎn)諧單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕3-2單元單元維數(shù)外形及特點(diǎn)自由度SOLID70SOLID70三維八節(jié)點(diǎn)六面體單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕SOLID87三維十節(jié)點(diǎn)四周體單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕SOLID90三維二十節(jié)點(diǎn)六單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕3-3單元單元維數(shù)外形及特點(diǎn)自由度LINK31二維或三維二節(jié)點(diǎn)線單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕3-4單元維數(shù)外形及特點(diǎn) 自由度LINK32二維二節(jié)點(diǎn)線單元 溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕LINK33三維二節(jié)點(diǎn)線單元 溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕3-5單元維數(shù)外形及特點(diǎn) 自由度LINK34三維二節(jié)點(diǎn)線單元 溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕3-6單元單元維數(shù)外形及特點(diǎn)自由度SHELL57三維四節(jié)點(diǎn)四邊形單元溫度〔每個(gè)節(jié)點(diǎn)〕3-7單元維數(shù)外形及特點(diǎn)自由度PLANE13二維四節(jié)點(diǎn)熱－應(yīng)力耦合單元溫度、構(gòu)造位移、電位、磁矢量位CONTACT48二維三節(jié)點(diǎn)熱－應(yīng)力接觸單元溫度、構(gòu)造位移CONTACT49三維熱－應(yīng)力接觸單元溫度、構(gòu)造位移FLUID116三維二或四節(jié)點(diǎn)熱－流單元溫度、壓力SOLID5三維八節(jié)點(diǎn)熱－應(yīng)力和熱－電單元溫度、構(gòu)造位移、電位、磁標(biāo)量位SOLID98三維十節(jié)點(diǎn)熱－應(yīng)力和熱－電單元溫度、構(gòu)造位移、電位、磁矢量位PLANE67二維四節(jié)點(diǎn)熱－電單元溫度、電位LINK68三維兩節(jié)點(diǎn)熱－電單元溫度、電位SOLID69三維八節(jié)點(diǎn)熱－電單元溫度、電位SHELL157三四節(jié)點(diǎn)熱－電單元溫度、電位維維3-8單元單元維數(shù)外形及特點(diǎn)自由度一個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量MASS71一維到三維溫度單元溫度、構(gòu)造位COMBINE37四節(jié)點(diǎn)把握單元移、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力二到四節(jié)點(diǎn)面效SURF151二維溫度應(yīng)單元四到九節(jié)點(diǎn)面效SURF152三維溫度應(yīng)單元由包括在超單沒(méi)有固定外形的由包括在超單MATRIX50元中的單元類(lèi)矩陣或輻射矩陣元中的單元類(lèi)型打算超單元型打算二節(jié)點(diǎn)無(wú)限邊界INFIN9二維溫度、磁矢量位單元四節(jié)點(diǎn)無(wú)限邊界INFIN47三維溫度、磁矢量位單元兩節(jié)點(diǎn)彈簧－阻溫度、構(gòu)造位COMBINE14一維到三維尼單元移、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力COMBINE39

兩節(jié)點(diǎn)非線性彈溫度、構(gòu)造位簧單元 COMBINE40一維

溫度、構(gòu)造位熱分析的根本過(guò)程ANSYS熱分析包含如下三個(gè)主要步驟：前處理：建模后處理：查看結(jié)果以下的內(nèi)容將表達(dá)如何執(zhí)行上面的步驟。首先，對(duì)每一步的任務(wù)進(jìn)展總體的介紹，然后通過(guò)一個(gè)管接處的穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例來(lái)引導(dǎo)讀者如何按照GUI路徑逐步完成一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱分析。最終，本章供給了該實(shí)例等效的命令流文件。建模jobname和title；然后在前處理器〔PREP7〕中定義單元類(lèi)型，單元實(shí)常數(shù)，材料屬性以及建立幾何實(shí)體?！禔NSYSModelingandMeshingGuide》中對(duì)本局部有具體說(shuō)明。對(duì)于熱分析有：命令：ETGUI：MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete定義固定材料屬性命令：MPGUI：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Thermal定義溫度相關(guān)的材料屬性，首先要定義溫度表，然后定義對(duì)應(yīng)的材料屬性值。通過(guò)下面的方法定義溫度表命令：MPTEMP或MPTEGN，然后定義對(duì)應(yīng)的材料屬性，使用MPDATAGUI：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Thermal對(duì)于溫度相關(guān)的對(duì)流換熱系數(shù)也是通過(guò)上述的GUI路徑和命令來(lái)定義的。留意--假設(shè)以多項(xiàng)式的形式定義了與溫度相關(guān)的膜系數(shù)，則在定義其它具有固定屬性的材料之前，必需定義一個(gè)溫度表。創(chuàng)立幾何模型及劃分劃分網(wǎng)格的過(guò)程，請(qǐng)參閱《ANSYSModelingandMeshingGuide》施加荷載和求解在這一步驟中，必需指定所要進(jìn)展的分析類(lèi)型及其選項(xiàng)，對(duì)模型施加荷載，定義荷載選項(xiàng)，最終執(zhí)行求解。指定分析類(lèi)型在這一步中，可以如下指定分析類(lèi)型：GUI:MainMenu>Solution>NewAnalysis>Steady-state(static)命令：ANTYPE,STATIC,NEW假設(shè)是重啟動(dòng)以前的分析，比方，附加一個(gè)荷載。命令：ANTYPE,STATIC,rest?！矖l件是從前分析的jobname.ESAVjobname.DB等文件是可以利用的〕施加荷載可以直接在實(shí)體模型〔點(diǎn)、線、面、體〕或有限元模型〔節(jié)點(diǎn)和單元〕上施加載荷和邊界條件，這些載荷和邊界條件可以是單值的，也可以是用表格或函數(shù)的方式來(lái)定義簡(jiǎn)潔的邊界條件，詳見(jiàn)《ANSYS根本分析過(guò)程指南》?？梢远x以下五種熱載荷：恒定的溫度(TEMP)通常作為自由度約束施加于溫度的邊界上。熱流率〔HEAT〕熱流率作為節(jié)點(diǎn)集中載荷，主要用于線單元〔如傳導(dǎo)桿、輻射連接單元等假設(shè)輸入的值為正，表示熱流流入節(jié)點(diǎn)，即單元獵取熱量。假設(shè)溫度與熱流率同時(shí)施加在一節(jié)點(diǎn)上，則溫度約束條件優(yōu)先。留意--假設(shè)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)四周的單元應(yīng)當(dāng)密一些；特別是與該節(jié)點(diǎn)相連的單元的導(dǎo)熱系數(shù)差異很大時(shí)，尤其要留意，不然可能會(huì)得到特別的溫度值。因此，只要有可能，都應(yīng)當(dāng)使用熱生成或熱流密度邊界條件，這些熱荷載即使是在網(wǎng)格較為粗糙的時(shí)候都能得到較好的結(jié)果。對(duì)流〔CONV〕對(duì)流邊界條件作為面載施加于分析模型的外外表上，用于計(jì)算與模型LINK34熱流密度〔HEAT〕熱流密度也是一種面載荷。當(dāng)通過(guò)單位面積的熱流率或通過(guò)FLOTRANCFD的計(jì)算可得到時(shí)，可以在模型相應(yīng)的外外表或外表效應(yīng)單元上施加熱流密度。假設(shè)輸入的值為正，表示熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實(shí)體和殼單元。單元的外表可以施加熱流密度也可以施加對(duì)流，但ANSYS熱生成率〔HGEN〕熱生成率作為體載施加于單元上，可以模擬單元內(nèi)的熱生成，比方化學(xué)反響生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。下表總結(jié)了在熱分析中的載荷類(lèi)型：3-9熱荷載類(lèi)型命命類(lèi)載荷類(lèi)型令GUI別族溫度約MainMenu>Solution>-Loads-Apply>D(TEMP)束-Thermal-Temperature熱流率MainMenu>Solution>-Loads-Apply>F(HEAT)-Thermal-HeatFlow對(duì)流面MainMenu>Solution>-Loads-Apply>SF(CONV),載-Thermal-ConvectionMain熱流密度荷熱流密度荷Menu>Solution>-Loads-Apply>(HFLUX)-Thermal-HeatFlux體熱生成率MainMenu>Solution>-Loads-Apply>BF(HGEN)-Thermal-HeatGenerat荷下表具體列出了熱分析中用于施加載荷，刪除載荷，對(duì)載荷進(jìn)展操作、列表的所以命令：關(guān)溫體DK關(guān)溫體DKDKDELEDKLISTDTRAN--度模點(diǎn)型實(shí)體載或荷類(lèi)有實(shí)施限體加刪除列表顯運(yùn)算 設(shè)置示型元模型實(shí)有有限節(jié)“元DDDELEDLISTDSCALEDCUMTUNIF點(diǎn)模型實(shí)熱關(guān)體流FKFKDELEFKLISTFTRAN--模率點(diǎn)型有限節(jié)“元FFDELEFLISTFSCALEFCUM點(diǎn)模型對(duì)實(shí)熱體流模密型度“SFALISTSFTRANSFGRAD體體模型有限節(jié)“元SFSFDELESFLISTSFSCALESFGRADSFCUM點(diǎn)模型有限單“元SFESFEDELESFELISTSFSCALESFBEAMSFCUMSFFUNSFGRAD元模型實(shí)生關(guān)體熱BFKBFKDELEBFKLISTBFTRAN--模率點(diǎn)型實(shí)體“BFLBFLDELEBFLLISTBFTRAN--模型實(shí)實(shí)體“BFABFADELEBFALISTBFTRAN--模型實(shí)體“BFVBFVDELEBFVLISTBFTRAN--模型有限節(jié)“元BFBFDELEBFLISTBFSCALEBFCUM點(diǎn)模型單““BFEBFEDELEBFELISTBFSCALEBFCUM元承受表格和函數(shù)邊界條件除了一般的使用表格來(lái)定義邊界條件的方法，本節(jié)爭(zhēng)論熱分析中特有的一些問(wèn)題。關(guān)于定義表參數(shù)的具體表達(dá)，請(qǐng)參考《ANSYSAPDLProgrammer’sGuide》。本節(jié)內(nèi)容對(duì)單元類(lèi)型沒(méi)有特別的限制。下表列出了熱分析中能夠用于每一種邊界條件的自變量：3-11熱邊界條件命令族自變量固定溫度DTIME,X,Y,Z熱流FTIME,X,Y,Z,TEMP流)SFTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITYSFTIME,X,Y,Z熱流密度SFTIME,X,Y,Z,TEMP熱生成BFTIME,X,Y,Z,TEMP流體單元(FLUID116)流率SFE流體單元(FLUID116)流率SFETIME壓力DTIME,X,Y,Z為了使用更加靈敏的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可以使用函數(shù)的方式來(lái)定義邊界條件。有關(guān)這種用法的具體說(shuō)明，可以參考《ANSYSBasicAnalysis數(shù)作為函數(shù)的自變量：外表溫度〔TS〕〔SURF151、SURF152單元的外表溫度〕密度〔〕〔DENS〕比熱〔C〕導(dǎo)熱率〔材料屬性kxx〕導(dǎo)熱率〔材料屬性kyy〕導(dǎo)熱率〔材料屬性kzz〕粘度〔μ〕輻射率〔材料屬性ε〕定義載荷步選項(xiàng)對(duì)于一個(gè)熱分析，可以確定通用選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出把握。下表列出了熱分析中可能用到的載荷步選項(xiàng)：3-12選項(xiàng)選項(xiàng)命令GUI通用選項(xiàng)MainMainMenu>Solution>-LoadStep時(shí)間TIMEOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStepMainMenu>Solution>-LoadStep時(shí)間步數(shù)NSUBSTOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstpsMainMenu>Solution>-LoadStep時(shí)間步長(zhǎng)DELTIMOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStepMainMenu>Solution>-LoadStep階躍或斜KBCOpts-Time坡加載/Frequenc>Time-TimeStep非線性選項(xiàng)最大平衡MainMenu>Solution>-LoadStepOptsNEQIT迭代數(shù)-Nonlinear>EquilibriumIterMainMenu>Solution>-LoadStep自動(dòng)時(shí)間AUTOTSOpts-Time步長(zhǎng)/Frequenc>Time-TimeStep收斂容差CNVTOL

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nonlinear>ConvergenceCrit求解中斷

NCNV

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts選項(xiàng) -Nonlinear>CriteriatoStop線性搜尋

LNSRCH

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts選項(xiàng) -Nonlinear>LineSearch正因子

PRED

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nonlinear>Predictor輸出把握選項(xiàng)打印輸出OUTPR

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>SoluPrintout數(shù)據(jù)庫(kù)和 MainMenu>Solution>-LoadStep結(jié)果文件OUTRESOpts-Output輸出 Ctrls>DB/ResultsFileMainMenu>Solution>-LoadStepERESXOpts-OutputCtrls>IntegrationPt通用選項(xiàng)時(shí)間選項(xiàng)該選項(xiàng)定義載荷步的完畢時(shí)間，雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析來(lái)說(shuō)，時(shí)間選項(xiàng)并沒(méi)有實(shí)際的物理意義，但它供給了一個(gè)便利的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。1.0，此后的荷載步對(duì)應(yīng)的時(shí)1.0。每載荷步中子步的數(shù)量或時(shí)間步大小對(duì)于非線性分析，每一載荷步需要多個(gè)子步。缺省狀況下每個(gè)荷載步有一個(gè)子步。階躍或斜坡加載假設(shè)定義階躍載荷，則載荷值在這個(gè)載荷步內(nèi)保持不變；假設(shè)為斜坡加載，則載荷值在當(dāng)前載荷步的每一子步內(nèi)線性變化。非線性選項(xiàng)假設(shè)存在非線性則需要定義非線性荷載步選項(xiàng)，包括平衡迭代次數(shù)本選項(xiàng)設(shè)置每一子步允許的最大迭代次數(shù)，默認(rèn)值為25，對(duì)大多數(shù)非線性熱分析問(wèn)題已經(jīng)足夠。自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)于非線性問(wèn)題，可以自動(dòng)設(shè)定子步間載荷的增量，保證求解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。收斂容差只要運(yùn)算滿(mǎn)足所說(shuō)明的收斂判據(jù)，程序就認(rèn)為它收斂，收斂判據(jù)可以基于溫度、也可以是熱流率，或二者都有。在實(shí)際定義時(shí)，需要說(shuō)明一個(gè)典型值(CNVTOLVALUE(TOLERVALUE*TOLER的值視為收斂判據(jù)。例如，如說(shuō)明溫度的典型值為500，容差0.0010.5對(duì)于溫度，ANSYS將連續(xù)兩次平衡迭代之間節(jié)點(diǎn)上溫度的變化量〔假設(shè)在某兩次平衡迭代間，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度變化都小于0.5〔對(duì)于熱流率，ANSYS比較不平衡載荷矢量與收斂標(biāo)準(zhǔn)。不平衡載荷矢量表示所施加的熱流與內(nèi)部〔計(jì)算〕熱流之間的差值。ANSYS公司推舉VALUE值由缺省確定，TOLER的值缺省為1.0e-3。求解完畢選項(xiàng)假設(shè)在規(guī)定平衡迭代數(shù)內(nèi)，其解并不收斂，那么ANSYS程序會(huì)依據(jù)用戶(hù)設(shè)置的終止選項(xiàng)，來(lái)打算程序停頓計(jì)算或是連續(xù)進(jìn)展下一個(gè)載荷步。線性搜尋設(shè)置本選項(xiàng)可使ANSYS用Newton-Raphson方法進(jìn)展線性搜尋推想－矯正本選項(xiàng)在每一子步的第一次迭代時(shí)，對(duì)自由度求解進(jìn)展推想矯正。用圖形跟蹤收斂ANSYS并與相應(yīng)的收斂標(biāo)準(zhǔn)比較。不管是使用在批處理還是交互式方式的方法，都可以在計(jì)算過(guò)程中，使用圖形求解跟蹤〔GST〕來(lái)顯示計(jì)算的收斂范數(shù)和收斂標(biāo)準(zhǔn)。在交互式時(shí)，缺省為圖形求解跟蹤〔GST〕翻開(kāi)，批處理運(yùn)GSTGST：命令：/GSTGUI：MainMenu>Solution>LoadStepOpts-OutputCtrls>GrphSoluTrack以以下圖是一個(gè)典型的GST圖形。3-1GST輸出把握把握打印輸出本選項(xiàng)把握將何種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到打印輸出文件〔jobname.out〕中。把握數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件輸出該選項(xiàng)把握將何種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到結(jié)果文件〔jobname.rth〕中。外推結(jié)果該選項(xiàng)可將單元積分點(diǎn)結(jié)果拷貝到節(jié)點(diǎn)上，而不是按常規(guī)的方式外推到節(jié)點(diǎn)上〔缺省承受外推方式〕。定義分析選項(xiàng)可考慮的分析選項(xiàng)有：Newton-Raphson選項(xiàng)。該選項(xiàng)僅對(duì)非線性分析有用，用以定義在求解過(guò)程中切線矩陣的更頻率，有四種選擇：〕2．Full〔完全法〕Modified〔修正法〕InitialStiffness〔初適剛度法〕留意--對(duì)于單物理場(chǎng)非線性熱分析，ANSYSN-R/關(guān)閉N-R〔只對(duì)全N-R法有效方發(fā)如下：命令：NROPTGUI：MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions選擇求解器ANSYS1．Sparse〔靜態(tài)和全瞬態(tài)分析的默認(rèn)求解器〕2．Frontal3．JacobiConjugateGradient(JCG)求解器4．JCGout-of-memory5．IncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)求解器6．Pre-ConditionedConjugateGradient(PCG)求解器7．PCGout-of-memory8．AlgebraicMultigrid(AMG)求解器9．DistributedDomainSolver(DDS)求解器10．Iterative〔程序自動(dòng)選擇求解器〕留意--AMGDDSANSYS在《ANSYSAdvancedAnalysisTechniquesGuide》中對(duì)并行求解有更具體描述。選擇求解器的方法如下：命令：EQSLVGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions留意：對(duì)于不含超單元〔輻射分析中用AUX12可產(chǎn)生超單元〕的熱分析模型，可選用Iterative〔快速求解〕求解器，但對(duì)于含相變的傳熱問(wèn)題，則不建議承受〔可用sparse或frontal求解器〕。該求解器在解算Jobname.EMAT和Jobname.EROT定義溫度偏移溫度偏移為當(dāng)前所承受溫度系統(tǒng)的零度與確定零度之間的差值。溫度偏移包含在相關(guān)單元〔諸如有輻射效應(yīng)或蠕變特性的的單元〕計(jì)算中。偏移溫度輸入可以是攝氏度，也可以是華氏度，在進(jìn)展熱輻射分析時(shí)，要將目前的溫度值換算為確定溫度。假設(shè)使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)定為273；假設(shè)使用的是華氏度，則為460。在后處理中，不同的溫度可以用同樣的方法進(jìn)展處理。設(shè)置溫度偏移的方式如下：命令：TOFFSTGUI：MainMenu>Solution>AnalysisOptions保存模型在完成了加載和指定分析類(lèi)型后，通常建議保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件，以備在求解過(guò)程中由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)喪失后能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。SAVEGUI:點(diǎn)擊ANSYSSAVE_DB求解SOLVEGUI:MainMenu>Solution>CurrentLS后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫(xiě)入熱結(jié)果文件jobname.rth下數(shù)據(jù):導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度(TFX,TFY,TFZ,TFSUM)節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度(TGX,TGY,TGZ,TGSUM)單元熱流率其它可以用通用后處理器POST1進(jìn)展后處理，下面將表達(dá)在熱分析中典型的后處理功能。關(guān)于后處理的完整描述，可參閱《ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide》。留意：在通用后處理器中查看結(jié)果時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)必需與結(jié)果有一樣的模型〔可以使用命令RESUME恢復(fù)模型〕。此外，結(jié)果文件jobname.rth必需可用。讀入結(jié)果進(jìn)入POST1后，首先應(yīng)讀入想要看的載荷步和子步的計(jì)算結(jié)果：SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-ByLoadStep可通過(guò)編號(hào)選擇要讀入的載荷步，可以直接讀入第一載荷步、或最終載荷步、或下一載荷步等。假設(shè)是使用GUI，將會(huì)消滅一個(gè)對(duì)話框提示選SETTIME域可讀入指定時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，如在指定時(shí)刻無(wú)計(jì)算結(jié)果，則程序依據(jù)四周時(shí)間點(diǎn)的值線性插值計(jì)算得到此時(shí)刻的結(jié)果。查看結(jié)果圖3-2結(jié)果顯示云圖彩色云圖顯示命令：PLESOL，PLETAB或PLNSOLGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ElementSoluMainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ElemTableMainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu矢量圖顯示命令：PLVECTGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Pre-definedorUserdefined3-2列表顯示命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOLGUI：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例1－帶接收的圓筒罐本例表達(dá)了如何逐步對(duì)一個(gè)帶接收的圓筒罐進(jìn)展穩(wěn)態(tài)熱分析，包括批GUI問(wèn)題描述本例題的主要局部為一個(gè)圓筒形罐，其上沿徑向有一材料一樣的接收〔如圖4所所示〕，罐內(nèi)流淌著450°F〔232°C〕的高溫流體，接收內(nèi)流淌著100°F〔38°C〕的低溫流體，兩個(gè)流體區(qū)域由薄壁管隔離。罐的對(duì)流換熱系數(shù)為250Btu/hr-ft2-oF〔1420watts/m2°K〕，接收的對(duì)流換熱系數(shù)隨管壁溫度而變，它的熱物理性能如表3-13所示。要求計(jì)算罐與接收的溫度分布。留意：留意：本例只是很多可能的熱分析中的一個(gè)，并不是全部的熱分析都完全依據(jù)與本例一樣的步驟。材料屬性及其四周的環(huán)境條件打算了一個(gè)分析應(yīng)當(dāng)包括哪些步驟。3-13溫度溫度70200300400500oF密度0.2850.2850.2850.2850.285lb/i3導(dǎo)熱系數(shù)8.358.909.359.810.23Btu/hr-ft-oF比熱0.1130.1170.1190.1220.125Btu/lboF對(duì)流換熱系426405352275221Btu/hr-ft2-oF數(shù)3-3〔全部單位均為英制〕分析方法取四分之一對(duì)稱(chēng)模型進(jìn)展分析。假定罐體足夠長(zhǎng)，使其端部溫度能保持常數(shù)華氏450度。同樣的假設(shè)也用于Y=0的平面上。建模時(shí)，先定義兩個(gè)圓柱體，再進(jìn)展“overlap”布爾運(yùn)算。承受映射網(wǎng)格劃分〔全六面體網(wǎng)格〕，分網(wǎng)時(shí)可能會(huì)消滅警告信息說(shuō)有扭曲單元存在，但可以不理睬〔兩個(gè)柱體相交處。由于材料性質(zhì)與溫度相關(guān)，該分析需要多個(gè)子載荷步〔本例用了50個(gè)子載荷步〕，同時(shí)，承受了自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)功能。求解完畢后，溫度云圖和熱流密度向量圖具體顯示了計(jì)算結(jié)果。菜單操作過(guò)程設(shè)置分析標(biāo)題1、選擇“UtilityMenu>File>ChangeTitle”。2、輸入“Steady-Stateanalysisofpipejunction”，點(diǎn)擊“OK”。設(shè)置單位制在命令提示行輸入/UNITS,BIN〔該命令無(wú)法通過(guò)菜單完成〕。定義單元類(lèi)型1“MainMenu>Preprocesor>ElementType>Add/Edit/Delete”。2Add,翻開(kāi)單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框。3ThermalSolid，Brick20node90OKClose關(guān)閉單元選擇菜單。定義材料屬性1、選擇“MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”Thermal2、點(diǎn)擊Density，彈出一個(gè)對(duì)話框，在DENS框中輸入0.285，材料編13、在材料定義窗口中挨次雙擊Conductivity，Isotropic，彈出一個(gè)對(duì)話框。4AddTemperature按鈕四次，增加四列。5T1T5域，分別輸入溫度值：70，200，300，400，500，選Ctrl-C6、在KXX框中，按溫度的挨次，序列輸入以下值〔留意，各KXX值都12，以保證單位制全都〕：8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12。7、在材料定義窗口中雙擊SpecificHeat，彈出一個(gè)對(duì)話框8AddTemperature按鈕四次，增加四列9T1Ctrl-v510C0.113，0.117，0.119，0.122，0.12511、在材料定義窗口中選擇Material>NewModel，建立材料號(hào)212Convection或FilmCoef13AddTemperature按鈕四次，增加四列14T1域，用Ctrl-v515HF〔對(duì)流換熱系數(shù)〔注HF值都要除以1144444275/144221/144；16、點(diǎn)擊Graph按鈕，查看對(duì)流換熱系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線，然后點(diǎn)擊OK17、在材料定義窗口中選擇Material>Exit退出材料定義窗口18SAVE_DB定義幾何模型參數(shù)選擇“UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters”，輸入ri1=1.3，ro1=1.5，z1=2，ri2=0.4，ro2=0.5，z2=2；然后點(diǎn)擊Close。創(chuàng)立幾何模型1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>ByDimensions”,在彈出菜單的Outerradius框中輸入ro1，Optionalinnerradiumri1，Zcoordinates0Z1，Endingangle90。2、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements”，在“XY,YZ,ZXAngles”0,-90。3、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>ByDimensions”，Outerradiusro2，Optionalinnerradiumri2，Zcoordinates0Z2，Startingangle入-90，Endingangle0。4、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian”。進(jìn)展布爾運(yùn)算選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->Overlap>VolumesPickAll。觀看幾何模型1、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering”，將volumes設(shè)置為ON。2“UtilityMenu>PlotCtrls>ViewDirection”，在“Coordsofviewpoint”框中輸入-3,-1,1。3SAVE_DB刪除多余實(shí)體選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Delete>VolumeandBelow”，3,4創(chuàng)立組件AREMOTE本步將選擇圓罐的Y,Z端面，并將它們定義為一個(gè)組件AREMOTE。1、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，翻開(kāi)選擇實(shí)體對(duì)話框。2Area，Bylocation，ZCoordinates，在“Min，Max”Z1FromFullAPPLY。3YCoordinates，在“Min，Max”框中輸入AlsoSelectOK。4“UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>CreateComponent”，在“Componentname”框中輸入AREMOTE，在“Componentsismadeof”AREA將線疊加在面上顯示1、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering”，翻開(kāi)Area和Line的編號(hào)2、選擇“UtilityMenu>Plot>Areas”3、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>EraseOptions”，將ErasebetweenPlotsOff4、選擇“UtilityMenu>Plot>Lines”5、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>EraseOptions”，將ErasebetweenPlotsOn連接面及線為劃分映射式網(wǎng)格，連接端部的面和線。1“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->-Concatenate-Area”，選擇Pickall。2、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Concatenate->Lines”，拾取127〔12,7〕，APPLY105號(hào)線〔10,5〕，OK。設(shè)定網(wǎng)格密度1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>PickedLines”，620，OK，在No.ofelementdivisions4，OK。2、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>PickedLines”，40，點(diǎn)擊OK，在No.ofelementdivisions框中輸入6，點(diǎn)擊OK。3、選擇“UtilityMenu>Select>Everything”。4、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>-Global->Size”，elementedgelength0.4，點(diǎn)擊OK。劃分網(wǎng)格1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-MeshTool”，彈出“MeshTool”Hex，Mapped。2、點(diǎn)擊Mesh，選擇PickAll。ANSYS對(duì)實(shí)體劃分網(wǎng)格后，將會(huì)彈出一Close3、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering”，將Line,Area,andVolumeOffOK。4SAVE_DB定義求解類(lèi)型及選項(xiàng)1、選擇“MainMenu>Solution>-AnalysisType->NewAnalysis”，點(diǎn)擊OK〔Steady-State〕。2、選擇“MainMenu>Solution>-AnalysisOptions”，點(diǎn)擊OKNewton-Raphsonoption〔Program-chosen〕。設(shè)定均一的起始溫度選擇“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature>UniformTemp”，Uniformtemperature450。施加對(duì)流載荷1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical”。2、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，在對(duì)話框中自上而下依次選擇：NodesBylocation，X，在“Min，Max”ri1，F(xiàn)romFull，點(diǎn)擊OK。3、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Convection>OnNodes”，PickAll，在“Filmcoefficient”和“Bulktemperature”框中分別輸入250/144及450，點(diǎn)擊OK。AREMOTE1、選擇“UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>SelectComp/Assembly”，點(diǎn)擊OK以選中AREMOTE〔當(dāng)前只有一個(gè)組件〕。2、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，在對(duì)話框中自上而下依次選擇：Nodes，Attachedto，Area，AllFromFullOK。3、選擇“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature>OnNodes”，選擇PickallLoadTEMPvalue450，OK。施加與溫度有關(guān)的對(duì)流邊界條件在接收的內(nèi)外表施加隨溫度變化的對(duì)流邊界條件。1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements”，在“XY,YZ,ZXAngles”0,-90OK。2、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtWPOrigin”TypeofcoordinatesystemCylindrical1OK。3、選擇“UtilityMenu>SelectEntities”，在對(duì)話框中自上而下依次選擇：Nodes，Bylocation，XMin，Maxri2，選擇FromFullOK。4、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Convection>OnNodes”，選擇PickAll，在Filmcoefficient框中輸入-2，Bulktemperature100OK。5、選擇“UtilityMenu>Select>Everything”。6、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Symbols”，在ShowpresandconvectasArrowOK。5、選擇“UtilityMenu>Plot>Nodes”?；謴?fù)工作平面及坐標(biāo)系統(tǒng)1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian”。2、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian”。設(shè)定載荷步選項(xiàng)50“MainMenu>Solution>-LoadStepOptions->Time/Frequenc>TimeandSubsteps”，在Numberofsubsteps50，AutomatictimesteppingOn。在工具欄點(diǎn)擊SAVE_DB保存數(shù)據(jù)庫(kù)。求解選擇“MainMenu>Solution>-Solve->CurrentLS”，查看分析選項(xiàng)是否正確，關(guān)閉/STATOK。觀看節(jié)點(diǎn)溫度結(jié)果1、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Style>EdgeOptions”，設(shè)置“Elementoutlines”EdgeonlyOK。2、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu”，ItemtobecontouredDOFsolutionTemperatureTEMPOK。繪制熱流矢量圖1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>SpecifiedCoordSys”，Coordinatesystemnumber11OK。2、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，在對(duì)話框中自上而下依次選擇：Nodes，ByLocation，XCoordinates，在“Min,Max”域輸入ro2,點(diǎn)擊ApplyElementsAttachedToApplysToOK；2、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-VectorPlot-Predefined”，VectoritemtobeplottedFlux&gradientThermalfluxTFOK。ANSYS點(diǎn)擊工具欄中的QUIT，選擇一種退出方式并點(diǎn)擊OK。3.6.2等效的命令流方法/PREP7/TITLE,Steady-statethermalanalysisofpipejunction/UNITS,BIN!ET,1,90!定義熱單元MP,DENS,1,.285!密度MPTEMP,,70,200,300,400,500!建立溫度表MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12!導(dǎo)熱系數(shù)MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125!比熱MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144!流系數(shù)RI1=1.3!RO1=1.5!Z1=2!RI2=.4!RO2=.5!Z2=2!!建立幾何模型CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90!1/4罐體WPROTA,0,-90!CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90!1/4WPSTYL,DEFA!VOVLAP,1,2!OVERLAP/PNUM,VOLU,1!翻開(kāi)實(shí)體編號(hào)/VIEW,,-3,-1,1!定義顯示角度/TYPE,,4/TITLE,Volumesusedinbuildingpipe/tankjunctionVPLOTVDELE,3,4,,1!刪除多余實(shí)體ASEL,,LOC,Z,Z1!選擇罐上Z=Z1ASEL,A,LOC,Y,0!添加選擇罐上Y=0CM,AREMOTE,AREA!創(chuàng)立名為AREMOTE/PNUM,AREA,1/PNUM,LINE,1/TITLE,LinesshowingtheportionbeingmodeledAPLOT/NOERASELPLOT/ERASEACCAT,ALL!LCCAT,12,7LCCAT,10,5LESIZE,20,,,4!在接收壁厚方向分4LESIZE,40,,,6!在接收長(zhǎng)度方向分6LESIZE,6,,,4!在罐壁厚方向分4ALLSEL!EVERYTHINGESIZE,.4!MSHAPE,0,3D!選擇3DMSHKEY,1SAVE!VMESH,ALL!/PNUM,DEFA/TITLE,ElementsinportionbeingmodeledEPLOT!顯示單元FINISH/SOLUANTYPE,STATIC!定義為穩(wěn)態(tài)分析NROPT,AUTO!設(shè)置求解選項(xiàng)為Program-chosenNewton-RaphsonTUNIF,450!設(shè)定初始全部節(jié)點(diǎn)溫度CSYS,1!NSEL,S,LOC,X,RI1!選擇罐內(nèi)外表的節(jié)點(diǎn)SF,ALL,CONV,250/144,450!CMSEL,,AREMOTE!AREMOTENSLA,,1!選擇屬于AREMOTED,ALL,TEMP,450!定義節(jié)點(diǎn)溫度WPROTA,0,-90!CSWPLA,11,1!創(chuàng)立局部柱坐標(biāo)NSEL,S,LOC,X,RI2!選擇接收內(nèi)壁的節(jié)點(diǎn)SF,ALL,CONV,-2,100!施加材料2100ALLSEL/PBC,TEMP,,1!顯示全部溫度約束/PSF,CONV,,2!顯示全部對(duì)流邊界/TITLE,BoundaryconditionsNPLOTWPSTYL,DEFACSYS,0AUTOTS,ON!NSUBST,50!KBC,0!設(shè)定為階越OUTPR,NSOL,LAST!SOLVE!FINISH/POST1/EDGE,,1/TITLE,Temperaturecontoursatpipe/tankjunctionPLNSOL,TEMP!CSYS,11NSEL,,LOC,X,RO2ESLNNSLE/SHOW,,,1!Vectormode/TITLE,Thermalfluxvectorsatpipe/tankjunctionPLVECT,TF!繪制熱流矢量圖FINISH/EXIT,ALL穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例2－利用表格邊界條件進(jìn)展熱分析本例表達(dá)了如何使用一維的表格施加荷載進(jìn)展熱分析。問(wèn)題：靜態(tài)的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，1×2的矩形，其一邊有固定溫度，其余各X菜單操作過(guò)程定義函數(shù)表1、選擇“UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit>Add”，添加表格。2、輸入?yún)?shù)名稱(chēng)“cvtab”。3、在參數(shù)類(lèi)型中選擇“Table”；對(duì)應(yīng)I，J，K輸入5，1，1；輸入XOK。4EDIT，編輯參數(shù)表。51111第2～6排中輸入0.0,0.5,1.0,1.5,2.02列第2～6排輸入30，50，80，120。6、選擇“File>Apply/Quit”，退出。定義單元類(lèi)型和材料屬性1、選擇“MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete”，Add。2ThermalSolid，右邊選Quad4node55，點(diǎn)擊OK，Close3、選擇“MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”，翻開(kāi)材料定義窗口。4Thermal,DensityDENS域輸入10.0，點(diǎn)擊OK。5Conductivity,IsotropicKXX1.0OK。6、在材料定義窗口雙擊SpecificHeatC100.0，OK。7、退出：Material>Exit。建模并劃分網(wǎng)格1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Rectangle>ByDimensions”。2、輸入模型參數(shù)：X1，X20，2；Y1，Y20，1，點(diǎn)擊OK。3、選擇“MainMenu>Preprocessor>MeshTool”。4MeshToolSizeControls區(qū)點(diǎn)擊GloblSetElementendgelength0.5；OK。5MeshToolMeshAreasMapQuad3/4sidedMESHPickAll。6MeshToolSAVE_DB應(yīng)用表格邊界條件1、選擇“UtilityMenu>Plot>Lines”。2、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Temperature>OnLines”，在圖形中選擇X=0位置的垂直線〔左邊線〕；OK。3TEMP100OK。4、選擇“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>OnLines”，在圖X=03OK。5ApplyFilmCoefonlinesExistingtableVALIVAL2IBulktemperature20，點(diǎn)擊OK。6、確認(rèn)Existingtable選擇窗口中顯示的是CNVTAB，點(diǎn)擊OK圖形上將顯示指向變化邊界的指示。7、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Temperature>UniformTemp”，輸入uniformtemperature：50，點(diǎn)擊OK。顯示所施加的載荷1、選擇“MainMenu>PlotCtrls>Symbols”，在SurfaceLoadSymbolsConvectFilmCoefShowpresandconvectasArrowsOK。2、選擇“Menu>PlotCtrls>Numbering”，將TableNames設(shè)置為on，點(diǎn)擊OK。3SAVE_DB設(shè)置分析選項(xiàng)并求解1、選擇“MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis”，設(shè)Steady-State。2“MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstps”，Timeatendofloadstep60Numberofsubsteps1，SteppedOK。3、選擇“MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>DB/ResultsFile”，ItemtobecontrolledAllitems；在FilewritefrequencyEverysubstep。4、選擇“MainMenu>Solution>-Solve->CurrentLS”，查看分析選項(xiàng)是否正確，關(guān)閉/STATOK。后處理1、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-LastSet”，讀入結(jié)果數(shù)據(jù)。2、選擇“UtilityMenu>List>Loads>SurfaceLoads>OnAllNodes”，顯示外表節(jié)點(diǎn)載荷。3、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu”，DOFSolution，右邊的TemperatureOKANSYS點(diǎn)擊工具欄中的QUIT，選擇一種退出方式并點(diǎn)擊OK。等效的命令流方法/batch,list/show/title,Demonstrationofposition-varyingfilmcoefficientusingTabularBC“s./com/com*---/com*TableSupportofboundaryconditions/com*/com*BoundaryConditionTypePrimaryVariablesIndependentParameters/com*/com*Convection:FilmCoefficientX-/com*/com*Problemdescription/com*/com*AstaticHeatTransferproblem.A2x1rectangularplateis/com*subjectedtotemperatureconstraintatoneofitsend,whilethe/com*remainingperimeteroftheplateissubjectedtoaconvectionboundary/com*condition.ThefilmcoefficientisafunctionofX-positionandisdescribed/com*byaparametrictable“cnvtab“./com***dim,cnvtab,table,5,,,x!定義表格cnvtab(1,0)0.0,0.50,1.0,1.50,2.0!自變量名Var1“X“cnvtab(1,1)=20.0,30.0,50.0,80.0,120.0/prep7esize,0.5et,1,55rect,0,2,0,1amesh,1MP,KXX,,1.0MP,DENS,,10.0MP,C,,100.0lsel,s,loc,x,0dl,all,,temp,100allslsel,u,loc,x,0nsll,s,1sf,all,conv,%cnvtab%,20alls/psf,conv,hcoef,2!顯示對(duì)流邊界條件/pnum,tabn,on!nplotfini/soluanty,statickbc,1nsubst,1time,60tunif,50outres,all,allsolvefinish/post1set,lastsflist,all!/pnum,tabn,off!關(guān)閉表格名顯示/psf,conv,hcoef,2/pnum,sval,1!eplot!convectionatt=60sec.plns,tempfini《ANSYSVerificationManualManual》中包含了很多熱分析的實(shí)例，盡管這些實(shí)例并沒(méi)有逐步的指導(dǎo)和所明