ansys workbench 熱分析講義

1、第六章熱分析,概念,本章練習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬，包括： 幾何模型 組件-實(shí)體接觸 熱載荷 求解選項(xiàng) 結(jié)果和后處理 作業(yè) 6.1 本節(jié)描述的應(yīng)用一般都能在ansys designspace entra或更高版本中使用，除了 ansys structural 提示：在 ansys 熱分析 的培訓(xùn)中包含了包括熱瞬態(tài)分析的高級(jí)分析,穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ),對(duì)于一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬，溫度矩陣t通過下面的矩陣方程解得： 假設(shè)： 在穩(wěn)態(tài)分析中不考慮瞬態(tài)影響 k 可以是一個(gè)常量或是溫度的函數(shù) q可以是一個(gè)常量或是溫度的函數(shù),穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ),上述方程基于傅里葉定律： 固體內(nèi)部的熱流（fouriers law） 是 k的基

2、礎(chǔ)； 熱通量、熱流率、以及對(duì)流 在q 為邊界條件； 對(duì)流被處理成邊界條件，雖然對(duì)流換熱系數(shù)可能與溫度相關(guān) 在模擬時(shí)，記住這些假設(shè)對(duì)熱分析是很重要的,a. 幾何模型,熱分析里所有實(shí)體類都被約束： 體、面、線 線實(shí)體的截面和軸向在 designmodeler中定義 熱分析里不可以使用點(diǎn)質(zhì)量（point mass）的特性 殼體和線體假設(shè)： 殼體：沒有厚度方向上的溫度梯度 線體：沒有厚度變化，假設(shè)在截面上是一個(gè)常量溫度 但在線實(shí)體的軸向仍有溫度變化,材料特性,thermal conductivity 在engineering data 中輸入 溫度相關(guān)的導(dǎo)熱性以表格形式輸入,若存在任何的溫度相關(guān)的材料

3、特性，就將導(dǎo)致非線性求解,唯一需要的材料特性是導(dǎo)熱性（thermal conductivity,b. 組件-實(shí)體接觸,對(duì)于結(jié)構(gòu)分析，接觸域是自動(dòng)生成的，用于激活各部件間的熱傳導(dǎo),組件-接觸區(qū)域,如果部件間初始就已經(jīng)接觸，那么就會(huì)出現(xiàn)熱傳導(dǎo)。 如果部件間初始就沒有接觸，那么就不會(huì)發(fā)生熱傳導(dǎo)（見下面對(duì)pinball的解釋）。 總結(jié)： pinball區(qū)域決定了什么時(shí)候發(fā)生接觸，并且是自動(dòng)定義的，同時(shí)還給了一個(gè)相對(duì)較小的值來適應(yīng)模型里的小間距,組件-接觸區(qū)域,如果接觸是bonded（綁定的）或no separation（無分離的），那么當(dāng)面出現(xiàn)在pinball radius內(nèi)時(shí)就會(huì)發(fā)生熱傳導(dǎo)（綠色實(shí)線

4、表示,pinball radius,右圖中，兩部件間的間距大于pinball區(qū)域，因此在這兩個(gè)部件間會(huì)發(fā)生熱傳導(dǎo),組件-導(dǎo)熱率,默認(rèn)情況下，假設(shè)部件間是完美的熱接觸傳導(dǎo)， 意味著界面上不會(huì)發(fā)生溫度降 實(shí)際情況下，有些條件削弱了完美的熱接觸傳導(dǎo)： 表面光滑度 表面粗糙度 氧化物 包埋液 接觸壓力 表面溫度 使用導(dǎo)電脂 . . . . 接著,組件-導(dǎo)熱率,穿過接觸界面的熱流速，由接觸熱通量q決定： 式中tcontact 是一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)上的溫度， ttarget 是對(duì)應(yīng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上的溫度 默認(rèn)情況下，基于模型中定義的最大材料導(dǎo)熱性kxx和整個(gè)幾何邊界框的對(duì)角線asmdiag， tcc 被賦以一個(gè)相對(duì)較

5、大的值。 這實(shí)質(zhì)上為部件間提供了一個(gè)完美接觸傳導(dǎo),組件-導(dǎo)熱率,在ansys professional 或更高版本，用戶可以為純罰函數(shù)和增廣拉格朗日方程定義一個(gè)有限熱接觸傳導(dǎo)（tcc）。 在細(xì)節(jié)窗口，為每個(gè)接觸域指定tcc輸入值 如果已知接觸熱阻，那么它的相反數(shù)除以接觸面積就可得到tcc值,在接觸界面上，可以像接觸熱阻一樣輸入接觸熱傳導(dǎo),組件-點(diǎn)焊,spotweld（點(diǎn)焊）提供了離散的熱傳導(dǎo)點(diǎn)： spotweld在cad軟件中進(jìn)行定義（目前只有designmodeler和unigraphics可用）,t1,t2,c. 熱載荷,熱流量： 熱流速可以施加在點(diǎn)、邊或面上。它分布在多個(gè)選擇域上。 它的

6、單位是能量比上時(shí)間（ energy/time） 完全絕熱（熱流量為0）： 可以刪除原來面上施加的邊界條件 熱通量： 熱通量只能施加在面上（二維情況時(shí)只能施加在邊上） 它的單位是能量比上時(shí)間在除以面積（ energy/time/area） 熱生成： 內(nèi)部熱生成只能施加在實(shí)體上 它的單位是能量比上時(shí)間在除以體積（energy/time/volume） 正的熱載荷會(huì)增加系統(tǒng)的能量,熱邊界條件,溫度、對(duì)流、輻射： 至少應(yīng)存在一種類型的熱邊界條件，否則，如果熱量將源源不斷地輸入到系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度將會(huì)達(dá)到無窮大。 另外，給定的溫度或?qū)α鬏d荷不能施加到已施加了某種熱載荷或熱邊界條件的表面上。 完全絕熱條

7、件將忽略其它的熱邊界條件 給定溫度： 給點(diǎn)、邊、面或體上指定一個(gè)溫度 溫度是需要求解的自由度,熱邊界條件,對(duì)流： 只能施加在面上（二維分析時(shí)只能施加在邊上） 對(duì)流q 由導(dǎo)熱膜系數(shù) h，面積 a，以及表面溫度tsurface與環(huán)境溫度tambient的差值來定義。 “h” 和 “tambient” 是用戶指定的值 導(dǎo)熱膜系數(shù) h 可以是常量或是溫度的函數(shù),熱邊界條件,與溫度相關(guān)的對(duì)流： 為系數(shù)類型選擇tabular (temperature) 輸入對(duì)流換熱系數(shù)-溫度表格數(shù)據(jù) 在細(xì)節(jié)窗口中，為h(t)指定溫度的處理方式,熱邊界條件,幾種常見的對(duì)流系數(shù)可以從一個(gè)樣本文件中導(dǎo)入。新的對(duì)流系數(shù)可以保存在

8、文件中,熱邊界條件,輻射: 施加在面上 （二維分析施加在邊上） 式中： =斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù) = 放射率 a = 輻射面面積 f = 形狀系數(shù) （默認(rèn)是1） 只針對(duì)環(huán)境輻射，不存在于面面之間（形狀系數(shù)假設(shè)為1） 斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù)自動(dòng)以工作單位制系統(tǒng)確定,d. 求解選項(xiàng),從workbench toolbox插入steady-state thermal將在project schematic里建立一個(gè) ss thermal system （ss熱分析） 在mechanical 里，可以使用analysis settings 為熱分析設(shè)置求解選項(xiàng)。 注意，第四章的靜態(tài)分析中的analysis d

9、ata management選項(xiàng)在這里也可以使用,求解模型,為了實(shí)現(xiàn)熱應(yīng)力求解，需要在求解時(shí)把結(jié)構(gòu)分析關(guān)聯(lián)到熱模型上。 在static structural中插入了一個(gè)imported load分支，并同時(shí)導(dǎo)入了施加的結(jié)構(gòu)載荷和約束。 求解結(jié)構(gòu),e. 結(jié)果和后處理,后處理可以處理各種結(jié)果： 溫度 熱通量 反作用的熱流速 用戶自定義結(jié)果 模擬時(shí)，結(jié)果通常是在求解前指定，但也可以在求解結(jié)束后指定。 搜索模型求解結(jié)果不需要在進(jìn)行一次模型的求解,溫度,溫度： 溫度是標(biāo)量，沒有方向,熱通量,可以得到熱通量的等高線或矢量圖： 熱通量 q 定義為 可以指定total heat flux（整體熱通量）和 directional heat flux（方向熱通量） 激活矢量顯示模式顯示熱通量的大小和方向,響應(yīng)熱流速,