Ansys熱分析教程_第四章非線性因素課件

1、非線性熱分析的其他考慮因素有： 1、學(xué)習(xí)交流PPT，在非線性熱分析前處理考慮事項(xiàng)，非線性熱分析模型和線性模型有共同點(diǎn)，但也有很多需要特別考慮的問題。 輻射：輻射是高非線性的。 輻射對(duì)傳導(dǎo)矩陣(k )的影響是溫度的三次方。 放射線使用特殊單元進(jìn)行建模，在第8章中進(jìn)行研究。 控制單元：可以改變諸如COMBIN37和COMBIN 40的狀態(tài)，并常用來模擬諸如恒溫槽等的溫度控制。 這些單元的實(shí)常數(shù)比較復(fù)雜，必須慎重選擇。 2、學(xué)習(xí)交流PPT，非線性分析預(yù)處理考慮因素(續(xù))，MASS71機(jī)組具有隨溫度變化的發(fā)熱率功能。 可以將此定義為隨溫度變化的材料屬性和與溫度的多項(xiàng)式關(guān)系。 多項(xiàng)式可以定義最多6個(gè)實(shí)數(shù)

2、常數(shù)，諸如：其中與溫度相關(guān)聯(lián)的輸入：導(dǎo)致熱模型中常見的非線性的原因是隨著溫度變化的邊界條件(如對(duì)流熱交換系數(shù))和材料特性(如導(dǎo)熱系數(shù)、熱焓等)。 在這種情況下，用戶必須使用根據(jù)溫度變化的輸入技術(shù)來應(yīng)對(duì)(在第3章中討論)。 3、學(xué)習(xí)交流PPT，以及非線性分析預(yù)處理考慮因素(繼續(xù))，多場(chǎng)單元：為多場(chǎng)單元或耦合場(chǎng)單元，以及包括溫度自由度的單元。 由于單元SOLID5、平面13、平面67、鏈路68、SOLID69、SOLID98和SHELL157必須同時(shí)滿足兩個(gè)或更多個(gè)字段的平衡方程，因此它們是非線性的。 這些單元在第十章討論。 熱流體耦合單元FLUID66和FLUID116用于軸向傳導(dǎo)和流體中的熱質(zhì)

3、量交換建模。 這些通常通過對(duì)流單元與外界表面相連。 如果流速未知，這些單元是非線性的。 因?yàn)榱魉俸蛪毫档年P(guān)系是非線性的。 這些單元在第七章討論。 在本章的其馀部分，我們主要關(guān)心非線性分析中的加載和求解過程。 4、學(xué)習(xí)交流PPT，非線性分析加載求解中應(yīng)考慮的因素，非線性熱分析通常需要在ANSYS中激活一些特殊加載和控制特性。 例如，可能需要分較小的步施加載荷以確保收斂。 為了控制收斂標(biāo)準(zhǔn)和迭代次數(shù)，使用增強(qiáng)收斂的工具，非線性分析簡(jiǎn)單地介紹程序行為管理在不收斂的情況下通過非線性分析生成的大量數(shù)據(jù)。 詳細(xì)說明可以參考ANSYS熱分析指南的非線性熱分析部分。 學(xué)習(xí)5、交流PPT、非線性分析程序。 以

4、下的加載和求解菜單選項(xiàng)有助于掌握本章討論的內(nèi)容：分析設(shè)定-穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)、方程式求解器、溫度偏差、牛頓拉夫森設(shè)定。 載荷-載荷插值設(shè)定、均勻的初始溫度、載荷的應(yīng)用、載荷的刪除、比例載荷的應(yīng)用、幾何模型載荷向有限元模型的傳遞。 輸出控制-類型、頻率、結(jié)果文件和輸出文件中的結(jié)果數(shù)據(jù)范圍、圖形解析跟蹤的打開/關(guān)閉。 解決控制-自動(dòng)解決控制的開/關(guān)。 時(shí)間/頻率-時(shí)間/載荷步設(shè)定、自動(dòng)時(shí)間步、載荷漸變/步、時(shí)間步復(fù)位、時(shí)間積分設(shè)定、1、2、3、4、5、6、通信PPT、非線性分析步(續(xù))、非線性控制-收斂基準(zhǔn)、平衡迭代、結(jié)束條件、 解決-解決當(dāng)前載荷步驟。6、7、注：第一部分菜單項(xiàng)通常只使用一次。 在分析開

5、始時(shí)使用。 第2-7部分中的菜單項(xiàng)適用于每個(gè)載荷步驟。 第6部分的菜單僅用于非線性熱分析。 7、學(xué)習(xí)交流PPT，自動(dòng)解開控制，非線性分析需要大量的控制和設(shè)定選項(xiàng)，所以ANSYS開發(fā)了一種被稱為“求解控制”的工具。 解決控制為大多數(shù)非線性和過渡問題提供了可靠和高效的設(shè)置。 缺省情況下，所有非線性和瞬態(tài)熱分析都啟用了解決控制，ANSYS設(shè)置了許多分析控制，并使用了優(yōu)化的內(nèi)部解決算法。 解決控制的默認(rèn)設(shè)置可以在解決之前手動(dòng)替換。然后按一下。 解析控制通過設(shè)置這些命令來優(yōu)化各種缺省的控制選項(xiàng). 但是，并非所有命令都可以用于熱分析。 8、學(xué)習(xí)交流PPT，自動(dòng)解除控制(續(xù))，手動(dòng)關(guān)閉所有求解控制特性，建議

6、不要使用以下菜單在載荷步長(zhǎng)之間打開或關(guān)閉求解控制。 學(xué)習(xí)1，2，3，9，通信PPT，默認(rèn)情況下，狀態(tài)預(yù)測(cè)是關(guān)閉的。 如果您有更改狀態(tài)的設(shè)備，如自動(dòng)求解控制(續(xù))、CONTROL37、COMBIN39、COMBIN40等，建議您打開“狀態(tài)描述”選項(xiàng)，也請(qǐng)打開求解控制。 與自動(dòng)時(shí)間步功能配合使用，根據(jù)控制單元在下一個(gè)子步驟中改變狀態(tài)的可能性來預(yù)測(cè)時(shí)間步。 通過以下菜單激活：1、10，學(xué)習(xí)交流PPT，自動(dòng)解開(繼續(xù))控制，對(duì)分析工程師來說理解內(nèi)部求解機(jī)制很重要，因此本章對(duì)非線性控制進(jìn)行了討論。 在討論中假設(shè)解決控制為開。 專門用于瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析的求解控制在第5章中進(jìn)行研究。 首先，我們來看看進(jìn)行非線

7、性分析的前提條件。在加載步驟文件(LSWRITE )或文檔記錄(CDWRITE )中參考在線命令手冊(cè)，以獲得sol控制命令的詳細(xì)行為。 也可以確認(rèn)sol控件關(guān)閉時(shí)的程序的動(dòng)作。 11、學(xué)習(xí)交流PPT，非線性求解組織結(jié)構(gòu)，用于區(qū)分加載程序。 每個(gè)載荷步驟都需要單獨(dú)的“解決”操作。 載荷步長(zhǎng)不僅僅是非線性分析。 為了獲得收斂解，非線性分析通常使用增量載荷，子步用于區(qū)分載荷步驟內(nèi)的中間收斂解。 12、學(xué)習(xí)交流PPT，非線性解組織結(jié)構(gòu)(續(xù))，載荷并不總是容易分為載荷階。 在顯示的例題中，溫度、熱流密度和熱生成在不同的時(shí)間以不同的速度施加。 第六章討論更容易處理這種情況的方法。 13、交流PPT、控制方

8、程式、線性系統(tǒng)熱分析的控制方程式矩陣形式為：這些數(shù)值隨溫度變化，系統(tǒng)非線性的話，必須用迭代法求出：在瞬態(tài)分析中，載荷也能隨溫度變化(第5章中討論)、14、交流PPT、穩(wěn)態(tài)非線性計(jì)算為了學(xué)習(xí)交流PPT，完成收斂迭代，采用牛頓-拉普拉斯迭代求解技術(shù).1.求出的系統(tǒng)方程式的增量形式，牛頓-拉普拉斯技術(shù)，注： e的默認(rèn)值為0.001，2，2 .更新節(jié)點(diǎn)溫度，3 .從單元熱流計(jì)算內(nèi)部節(jié)點(diǎn)熱流率。 4 .計(jì)算收斂范數(shù)并與收斂準(zhǔn)則比較：當(dāng)結(jié)果小時(shí)不進(jìn)行迭代。 的雙曲正切值。 如果結(jié)果大或相等. KT被更新并重復(fù)。 16、學(xué)習(xí)交流PPT并收斂，不能保證非線性解收斂一定。 與其他數(shù)值方法一樣，N-R技術(shù)在初始估

9、計(jì)和最終結(jié)果上沒有大的差異。 在實(shí)踐中，非線性求解常常要求載荷的施加是有利于收斂的漸變。 除了用戶可以指定載荷的應(yīng)用比例外，ANSYS自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)功能還可以滿足這一需求。 并且ANSYS有一種特殊的收斂擴(kuò)展工具，能加速收斂過程，提高收斂性。 熱模型中常見的非線性特性是隨溫度變化的邊界條件和材料特性。 這需要定義溫度表和特性表，在第3章中進(jìn)行說明。 17、在學(xué)習(xí)通信PPT、平衡迭代并進(jìn)行非線性分析的情況下，必須在每一子步進(jìn)行平衡迭代以獲得收斂解。 ANSYS用牛頓拉夫森迭代求解過程得到非線性收斂解。 一次平衡反復(fù)所需的時(shí)間相當(dāng)于進(jìn)行一次線性計(jì)算的時(shí)間。 一次分析可能需要幾百次迭代過程。 18、學(xué)

10、習(xí)交流PPT，使用牛頓拉普拉斯法，在ANSYS中有很多牛頓拉普拉斯的選擇。 對(duì)于大多數(shù)問題，完整的N-R選項(xiàng)是最合適的。 默認(rèn)情況下，ANSYS自動(dòng)選擇牛頓-拉普拉斯選項(xiàng)，或用戶選擇： 牛頓-拉普拉斯選項(xiàng)位于Analysis Options菜單中。 此選項(xiàng)適用于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析。 不能在載荷步長(zhǎng)之間更改N-R選項(xiàng)。1、19、學(xué)習(xí)通信PPT，可以手動(dòng)指定收斂標(biāo)準(zhǔn)，也可以由ANSYS自動(dòng)選擇。 缺省情況下，ANSYS根據(jù)節(jié)點(diǎn)的熱流不平衡選擇收斂標(biāo)準(zhǔn)。 基于溫度變化的收斂標(biāo)準(zhǔn)是手動(dòng)指定的。 熱流率收斂檢查一般比溫度收斂檢查保守。 如果多個(gè)條件處于活動(dòng)狀態(tài)，則必須滿足所有條件才能計(jì)算收斂。 收斂標(biāo)準(zhǔn)、收

11、斂標(biāo)準(zhǔn)是判斷ANSYS重復(fù)是否收斂的依據(jù)。 20、交流PPT、收斂標(biāo)準(zhǔn)(續(xù))、收斂標(biāo)準(zhǔn)可由用戶在負(fù)載步長(zhǎng)之間調(diào)整。 要手動(dòng)更改默認(rèn)收斂標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)使用以下菜單： 注意：即使：用戶僅指定了一個(gè)收斂標(biāo)準(zhǔn)，NSYS也會(huì)取消其他默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。 學(xué)習(xí)1、2、3、21、交流PPT，確認(rèn)收斂基準(zhǔn)(續(xù))、4 .整體基準(zhǔn)是熱部分。 5 .選擇特定的標(biāo)準(zhǔn)類型。 學(xué)習(xí)交流PPT，收斂標(biāo)準(zhǔn)(續(xù))，6 .在此輸入?yún)⒖紨?shù)值。 如果為空，則根據(jù)節(jié)點(diǎn)的熱流向量計(jì)算參照值。 7 .將參考數(shù)值乘以容許誤差得到收斂基準(zhǔn)。 默認(rèn)情況下，收斂標(biāo)準(zhǔn)采用殘差平方和的平方根。 可以在此輸入其他選項(xiàng)。 如果計(jì)算出的參照值(參照步驟6 )小于最小參照值

12、，則使用最小參照值。 默認(rèn)情況下，熱流標(biāo)準(zhǔn)的最小基準(zhǔn)值為1E-6。 23、學(xué)習(xí)交流PPT，圖形求解跟蹤、圖形求解跟蹤(GST )通過交互式執(zhí)行非線性分析自動(dòng)打開，以批處理方式關(guān)閉。 GST以圖形方式跟蹤收斂參數(shù)，并在迭代完成時(shí)更新。 GST可以通過這些菜單打開/關(guān)閉： 1、2、24，學(xué)習(xí)交流PPT，可以進(jìn)行幾次平衡迭代？ 默認(rèn)情況下，解析控制根據(jù)主題的特性，將牛頓拉夫森迭代的最大次數(shù)設(shè)定為15-26。 通過以下菜單更改：1，2，25，學(xué)習(xí)通信PPT，如果沒有得到收斂解，默認(rèn)情況下ANSYS將結(jié)束分析(如果以批處理方式運(yùn)行，程序的運(yùn)行將結(jié)束)。 為了便于診斷未收斂的問題，您可以使用以下菜單繼續(xù)向

13、ANSYS分析：并設(shè)置DOF值、迭代次數(shù)、使用時(shí)間和計(jì)算時(shí)間，以指示ANSYS何時(shí)停止計(jì)算。 達(dá)到這些限制后，ANSYS將停止運(yùn)行。 學(xué)習(xí)3、1、2、4、26、交流PPT、ANSYS輸出窗口，可通過輸出窗口獲得許多信息：27，學(xué)習(xí)交流PPPT，對(duì)“時(shí)間”的說明，“時(shí)間”在靜態(tài)和過渡分析中都用作“跟蹤”參數(shù)雖然每個(gè)載荷步驟和子步驟都與特定時(shí)間相關(guān)聯(lián)，但解決方案本身可能與速度無關(guān)。 在與速度相關(guān)的靜態(tài)和瞬態(tài)分析中，時(shí)間表示實(shí)際時(shí)間，單位是時(shí)間單位(秒或時(shí)間)。 在這種情況下，時(shí)間單位必須與材料屬性和載荷一致。 在與速度無關(guān)的靜態(tài)分析中，時(shí)間主要用作區(qū)分載荷步驟和子步驟的計(jì)數(shù)器。 在ANSYS熱分析

14、中，“時(shí)間”必須為：“時(shí)間”非零的正值，如下所示。 “時(shí)間”只能單調(diào)增加。 28、學(xué)習(xí)交流PPT、步驟和漸變載荷，在載荷步驟中，載荷隨著時(shí)間的推移變?yōu)椴襟E或漸變。 漸變是默認(rèn)方式，非線性分析是推薦方式，可以有利地收斂。 該特性由KBC命令控制，但當(dāng)載荷以第6章所述的表方式給出時(shí)，載荷總是步進(jìn)的，KBC命令的設(shè)定被忽略。 29、學(xué)習(xí)交流PPT后，如果載荷步驟中的載荷是一個(gè)步驟，則所有載荷都同樣應(yīng)用，并且正在施加步驟、更改步驟或刪除步驟，而與新載荷、改變的載荷或刪除的載荷無關(guān)。 但是，如果在載荷時(shí)應(yīng)用了漸變，則圖形不太清楚(如在后面顯示的那樣)。 請(qǐng)記住，施加步進(jìn)載荷、載荷后，無論是步進(jìn)載荷還是漸

15、變載荷，除非被刪除或修改，否則對(duì)后續(xù)載荷步驟均有效。 30、學(xué)習(xí)交流PPT后，如果載荷在載荷步驟中漸變，ANSYS就不會(huì)以相同的方式處理新施加的、被變更的或刪除的載荷。下表顯示了ANSYS按載荷類型的處理方法： * -溫度的熱交換系數(shù)始終由溫度函數(shù)給出，KBC設(shè)置將被忽略。 漸變載荷、31、交流PPT、時(shí)間步長(zhǎng)和時(shí)間步長(zhǎng)是影響非線性求解的可靠性、精度和效率的最大因素。 具體地說，隨著時(shí)間步長(zhǎng)減少，重復(fù)次數(shù)隨著解發(fā)散可能性的降低結(jié)果而減少的分析時(shí)間增加的因素學(xué)習(xí)最佳的時(shí)間步長(zhǎng)：非線性的類型和程度影響載荷類型和位置網(wǎng)格大小的先前的收斂特性過渡效果(下一章中討論)、32、交流PPT、時(shí)間步長(zhǎng)(繼續(xù))

16、 如果未指定此值，則默認(rèn)情況下，TIME為原始值加上1。 有兩種方法可以指定載荷步的子步。 這些效果是一致的，一個(gè)時(shí)間為12秒的載荷步長(zhǎng)，而載荷可以由四個(gè)相同的增量漸變定義。 可以通過兩種方式定義子步數(shù)=4、定義時(shí)間增量d=3秒或定義載荷步中的子步數(shù)(NSUBST )。 由于時(shí)間步長(zhǎng)的大小在載荷步長(zhǎng)中是一致的，并且等于TIME/NSUBST，因此在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析時(shí)此方法可能變得簡(jiǎn)單。 負(fù)載步長(zhǎng)中的時(shí)間步長(zhǎng)增量(DELTIM )。 載荷步的子步數(shù)與TIME/DELTIM相同，在瞬態(tài)分析中相對(duì)簡(jiǎn)單。 學(xué)習(xí)33、交流PPT、時(shí)間步驟選項(xiàng)，通過以下菜單進(jìn)行時(shí)間步驟： 2 .選擇一種控制方法，3 .指定負(fù)

17、載步驟結(jié)束時(shí)間4 .指定時(shí)間步驟或子步驟的數(shù)量5 .指定漸變的數(shù)量6 .以下單擊以學(xué)習(xí)1、2、6、34，交流PPPT，然后學(xué)習(xí)自動(dòng)時(shí)間步驟、自動(dòng)時(shí)間步驟(用戶不是給定了一定的時(shí)間步，而是給定初始時(shí)間步和時(shí)間步的最小值，并激活A(yù)TS。 ATS包括兩個(gè)重要的功能：與非線性單元狀態(tài)變化以及模型的瞬態(tài)響應(yīng)(非靜態(tài)分析)一樣，根據(jù)收斂上一子步所需的迭代次數(shù)預(yù)測(cè)子步的時(shí)間步。 如果計(jì)算預(yù)計(jì)超過最大迭代次數(shù)，時(shí)間步長(zhǎng)會(huì)自動(dòng)減少。 當(dāng)模型的響應(yīng)在不同的載荷步長(zhǎng)之間發(fā)生很大變化時(shí)，ATS很有用。 默認(rèn)情況下，ANSYS確定是否啟用ATS。 35、通信PPT、自動(dòng)時(shí)間步(繼續(xù))、Time/Frequency菜單也可找到ATS。 下面的說明假設(shè)已選擇了Time and Time Steps選項(xiàng)。 還指定載荷步驟結(jié)束的時(shí)間。 指定初始時(shí)間步驟(未指定的情況下，程序自動(dòng)指定)指定載荷是步驟還是漸變(漸變一般容易收斂)打開自動(dòng)時(shí)間步驟(默認(rèn)由程序選擇)，1、4、3、2、5， 36、學(xué)習(xí)通信PPT，打開(繼續(xù))自動(dòng)時(shí)間步驟所允許的最小時(shí)間步驟(空白