ANSYS瞬態(tài)熱分析教程和實(shí)例

ANSYS瞬態(tài)熱分析教程和實(shí)例匯報(bào)人：AA2024-01-19目錄CONTENTS瞬態(tài)熱分析概述ANSYS瞬態(tài)熱分析基礎(chǔ)ANSYS瞬態(tài)熱分析建模加載與求解結(jié)果后處理與可視化實(shí)例分析：電子設(shè)備散熱問(wèn)題總結(jié)與展望01瞬態(tài)熱分析概述瞬態(tài)熱分析研究物體在隨時(shí)間變化的熱載荷作用下的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律。與穩(wěn)態(tài)熱分析的區(qū)別瞬態(tài)熱分析考慮時(shí)間因素對(duì)溫度場(chǎng)的影響，而穩(wěn)態(tài)熱分析則不考慮時(shí)間因素。瞬態(tài)熱分析定義電子設(shè)備散熱設(shè)計(jì)航空航天領(lǐng)域汽車(chē)工業(yè)瞬態(tài)熱分析應(yīng)用領(lǐng)域用于預(yù)測(cè)電子設(shè)備在瞬態(tài)熱載荷下的溫度分布和熱應(yīng)力，指導(dǎo)散熱設(shè)計(jì)。用于分析飛行器在高速飛行過(guò)程中的瞬態(tài)熱響應(yīng)，確保飛行安全。用于研究發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車(chē)系統(tǒng)等部件在瞬態(tài)熱載荷下的性能表現(xiàn)。01020304強(qiáng)大的求解器豐富的材料庫(kù)多物理場(chǎng)耦合分析先進(jìn)的網(wǎng)格技術(shù)ANSYS在瞬態(tài)熱分析中的優(yōu)勢(shì)ANSYS提供高效的求解器，能夠處理復(fù)雜的瞬態(tài)熱分析問(wèn)題。ANSYS內(nèi)置豐富的材料庫(kù)，支持用戶自定義材料屬性，提高模擬的準(zhǔn)確性。ANSYS提供先進(jìn)的網(wǎng)格技術(shù)，能夠生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，提高計(jì)算精度和效率。ANSYS支持多物理場(chǎng)耦合分析，能夠考慮熱、力、電等多物理場(chǎng)之間的相互作用。02ANSYS瞬態(tài)熱分析基礎(chǔ)描述物體內(nèi)部溫度分布與熱流密度、熱物性參數(shù)及時(shí)間關(guān)系的偏微分方程。熱傳導(dǎo)方程確定物體邊界上的溫度或熱流密度分布，是求解熱傳導(dǎo)方程的必要條件。邊界條件給出物體在初始時(shí)刻的溫度分布，是瞬態(tài)熱分析的基礎(chǔ)。初始條件熱傳導(dǎo)方程及邊界條件1234有限元法單元?jiǎng)偠染仃嚺c總體剛度矩陣網(wǎng)格劃分時(shí)間積分方案有限元法在瞬態(tài)熱分析中的應(yīng)用將連續(xù)的物理問(wèn)題離散化，通過(guò)求解有限個(gè)離散點(diǎn)的數(shù)值解來(lái)逼近原問(wèn)題的解析解。將求解域劃分為有限個(gè)互不重疊的子域，每個(gè)子域內(nèi)的溫度分布用形函數(shù)近似表示。根據(jù)能量原理或加權(quán)余量法建立單元?jiǎng)偠染仃嚕⒔M裝成總體剛度矩陣。采用合適的時(shí)間積分方案，如向后差分法、Newmark法等，對(duì)時(shí)間域進(jìn)行離散化處理。建立模型網(wǎng)格劃分加載求解后處理ANSYS瞬態(tài)熱分析求解流程對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇合適的單元類(lèi)型和網(wǎng)格密度。在ANSYS中建立幾何模型，定義材料屬性、邊界條件和初始條件等。查看溫度場(chǎng)、熱流密度、熱梯度等結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和可視化展示。施加瞬態(tài)熱載荷，設(shè)置求解時(shí)間和時(shí)間步長(zhǎng)，進(jìn)行瞬態(tài)熱分析求解。03ANSYS瞬態(tài)熱分析建模確定幾何尺寸和形狀根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需求，確定模型的幾何尺寸和形狀，包括長(zhǎng)度、寬度、高度、角度等。建立坐標(biāo)系為模型建立合適的坐標(biāo)系，以便后續(xù)定義材料屬性、施加載荷和邊界條件等。選擇合適的建模方式在ANSYS中，可以通過(guò)直接建模、導(dǎo)入外部CAD模型或使用參數(shù)化建模等方式建立幾何模型。建立幾何模型03定義材料方向?qū)τ诟飨虍愋圆牧?，需要定義材料的方向，以便正確計(jì)算熱傳導(dǎo)過(guò)程。01選擇材料模型根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需求，選擇合適的材料模型，如各向同性、各向異性、非線性等。02輸入材料參數(shù)輸入材料的熱物性參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等。這些參數(shù)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量或查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得。定義材料屬性選擇網(wǎng)格類(lèi)型01根據(jù)模型的特點(diǎn)和計(jì)算精度要求，選擇合適的網(wǎng)格類(lèi)型，如結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格等。定義網(wǎng)格尺寸02根據(jù)模型的幾何尺寸和計(jì)算精度要求，定義合適的網(wǎng)格尺寸。較小的網(wǎng)格尺寸可以提高計(jì)算精度，但會(huì)增加計(jì)算時(shí)間和資源消耗。劃分網(wǎng)格03使用ANSYS的網(wǎng)格劃分工具對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分過(guò)程中，可以檢查網(wǎng)格質(zhì)量并進(jìn)行必要的調(diào)整，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。劃分網(wǎng)格04加載與求解在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析前，需要定義材料的熱物理屬性，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等。這些屬性可以在ANSYS的材料庫(kù)中選擇或自定義輸入。在分析開(kāi)始時(shí)，需要為模型施加一個(gè)初始溫度場(chǎng)。可以通過(guò)定義全局初始溫度或局部初始溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。施加初始條件施加初始溫度定義材料屬性熱流密度在模型的邊界上施加熱流密度，表示單位面積上的熱量流入或流出?？梢酝ㄟ^(guò)定義恒定的熱流密度或隨時(shí)間變化的熱流密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。溫度邊界條件在模型的邊界上施加溫度邊界條件，表示該處的溫度值。可以通過(guò)定義恒定的溫度值或隨時(shí)間變化的溫度值來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)流邊界條件在模型的邊界上施加對(duì)流邊界條件，表示流體與固體之間的熱量交換。需要定義流體的溫度、對(duì)流系數(shù)以及固體表面的形狀和大小。施加邊界條件123求解器設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)收斂準(zhǔn)則設(shè)置求解參數(shù)在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析時(shí)，需要設(shè)置合適的時(shí)間步長(zhǎng)。時(shí)間步長(zhǎng)的大小會(huì)影響計(jì)算的精度和效率，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。ANSYS提供了多種求解器供用戶選擇，如直接求解器、迭代求解器等。需要根據(jù)問(wèn)題的特點(diǎn)和計(jì)算機(jī)的性能選擇合適的求解器。在求解過(guò)程中，需要設(shè)置合適的收斂準(zhǔn)則來(lái)判斷計(jì)算是否達(dá)到預(yù)定的精度要求。收斂準(zhǔn)則的設(shè)置會(huì)影響計(jì)算的精度和效率，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。05結(jié)果后處理與可視化溫度云圖通過(guò)ANSYS的后處理功能，可以生成溫度云圖，直觀地展示模型各部分的溫度分布情況。等溫線在溫度云圖的基礎(chǔ)上，可以繪制等溫線，進(jìn)一步分析溫度梯度及變化趨勢(shì)。溫度數(shù)據(jù)提取可以提取指定節(jié)點(diǎn)或單元的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值分析。查看溫度場(chǎng)分布熱流矢量圖通過(guò)繪制熱流矢量圖，可以清晰地展示熱流的方向和大小，有助于分析熱量的傳遞路徑。熱流密度云圖生成熱流密度云圖，可以直觀地了解模型各部分的熱流密度分布情況。熱流數(shù)據(jù)提取可以提取指定節(jié)點(diǎn)或單元的熱流數(shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值分析。查看熱流密度分布動(dòng)畫(huà)輸出將計(jì)算結(jié)果以動(dòng)畫(huà)形式輸出，可以直觀地展示溫度場(chǎng)、熱流密度等參數(shù)隨時(shí)間的變化過(guò)程。動(dòng)畫(huà)編輯與渲染可以使用專(zhuān)業(yè)的動(dòng)畫(huà)編輯軟件對(duì)生成的動(dòng)畫(huà)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和渲染，提高動(dòng)畫(huà)的視覺(jué)效果和表現(xiàn)力。動(dòng)畫(huà)設(shè)置在ANSYS的后處理中，可以設(shè)置動(dòng)畫(huà)參數(shù)，如時(shí)間步長(zhǎng)、幀數(shù)等，以生成流暢的動(dòng)畫(huà)效果。生成動(dòng)畫(huà)演示結(jié)果變化過(guò)程06實(shí)例分析：電子設(shè)備散熱問(wèn)題問(wèn)題描述建模過(guò)程問(wèn)題描述與建模過(guò)程首先，使用ANSYS軟件建立電子設(shè)備的三維模型，包括設(shè)備的外殼、內(nèi)部電路板、散熱器等部分。然后，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際尺寸和材料屬性，設(shè)置模型的幾何參數(shù)、材料屬性和邊界條件。最后，選擇合適的網(wǎng)格類(lèi)型和大小，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，如果熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，影響其性能和壽命。因此，需要對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，以確定其在不同時(shí)間點(diǎn)的溫度分布和散熱效果。在ANSYS軟件中，可以通過(guò)定義熱源的方式來(lái)模擬電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量。根據(jù)設(shè)備的實(shí)際功率和散熱情況，設(shè)置熱源的大小和位置。同時(shí)，還需要設(shè)置環(huán)境溫度和散熱器的散熱效果等參數(shù)。加載過(guò)程在完成模型的加載后，可以使用ANSYS軟件的求解器進(jìn)行瞬態(tài)熱分析。根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇合適的求解方法和時(shí)間步長(zhǎng)，以獲得準(zhǔn)確的溫度分布和散熱效果。在求解過(guò)程中，可以通過(guò)監(jiān)視器實(shí)時(shí)查看求解進(jìn)度和結(jié)果。求解過(guò)程加載與求解過(guò)程結(jié)果分析通過(guò)ANSYS軟件的后處理功能，可以對(duì)瞬態(tài)熱分析的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析?？梢圆榭丛O(shè)備在不同時(shí)間點(diǎn)的溫度分布、熱點(diǎn)位置和散熱效果等。同時(shí)，還可以將結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證分析的準(zhǔn)確性。優(yōu)化建議根據(jù)分析結(jié)果，可以提出針對(duì)性的優(yōu)化建議。例如，可以通過(guò)改進(jìn)設(shè)備的散熱結(jié)構(gòu)、增加散熱器的面積或提高散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等方式來(lái)提高設(shè)備的散熱效果。同時(shí)，還可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)備的電路設(shè)計(jì)、降低功耗等方式來(lái)減少熱量的產(chǎn)生。結(jié)果分析與優(yōu)化建議07總結(jié)與展望本次教程內(nèi)容回顧ANSYS瞬態(tài)熱分析基本原理介紹了瞬態(tài)熱分析的基本概念、原理和求解方法，包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等。建模與網(wǎng)格劃分詳細(xì)闡述了在ANSYS中進(jìn)行瞬態(tài)熱分析時(shí)的建模步驟和網(wǎng)格劃分技巧，包括幾何建模、材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格類(lèi)型選擇等。邊界條件與載荷施加介紹了如何根據(jù)實(shí)際情況在模型上施加合適的邊界條件和載荷，如溫度、熱流密度、對(duì)流換熱系數(shù)等。求解與后處理講解了如何進(jìn)行求解設(shè)置、求解過(guò)程監(jiān)控以及后處理操作，包括結(jié)果查看、數(shù)據(jù)提取和動(dòng)畫(huà)生成等。01020304多物理場(chǎng)耦合分析高性能計(jì)算技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜邊界條件處理材料非線性行為模擬瞬態(tài)熱分析發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)隨著工程問(wèn)題的復(fù)雜化，瞬態(tài)熱分析將更多地與其他物理場(chǎng)（如結(jié)構(gòu)力學(xué)、電磁場(chǎng)等）進(jìn)行耦合分析，以更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際