ANSYS穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析步驟簡(jiǎn)述

1、ANSYS穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱模擬基本步驟基于ANSYS 9.0一、 穩(wěn)態(tài)分析從溫度場(chǎng)是否是時(shí)間的函數(shù)即是否隨時(shí)間變化上，熱分析包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析。其中，穩(wěn)態(tài)指的是系統(tǒng)的溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化，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：（3-1）在穩(wěn)態(tài)分析中，任一節(jié)點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化?；静襟E：（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，按照軟件的菜單逐級(jí)介紹）1、 選擇分析類(lèi)型點(diǎn)擊Preferences菜單，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框1。對(duì)話(huà)框1我們主要針對(duì)的是熱分析的模擬，所以選擇Thermal。這樣做的目的是為了使后面的菜單中只有熱分析相關(guān)的選項(xiàng)。2、 定義單元類(lèi)型GUI：PreprocessorElem

2、ent TypeAdd/Edit/Delete 出現(xiàn)對(duì)話(huà)框2對(duì)話(huà)框2點(diǎn)擊Add,出現(xiàn)對(duì)話(huà)框3對(duì)話(huà)框3在ANSYS中能夠用來(lái)熱分析的單元大約有40種，根據(jù)所建立的模型選擇合適的熱分析單元。對(duì)于三維模型，多選擇SLOID87：六節(jié)點(diǎn)四面體單元。3、 選擇溫度單位默認(rèn)一般都是國(guó)際單位制，溫度為開(kāi)爾文（K）。如要改為，如下操作GUI：PreprocessorMaterial PropsTemperature Units選擇需要的溫度單位。4、 定義材料屬性對(duì)于穩(wěn)態(tài)分析，一般只需要定義導(dǎo)熱系數(shù)，他可以是恒定的，也可以隨溫度變化。GUI: PreprocessorMaterial Props Materi

3、al Models 出現(xiàn)對(duì)話(huà)框4對(duì)話(huà)框4一般熱分析，材料的熱導(dǎo)率都是各向同性的，熱導(dǎo)率設(shè)定如對(duì)話(huà)框5.對(duì)話(huà)框5若要設(shè)定材料的熱導(dǎo)率隨溫度變化，主要針對(duì)半導(dǎo)體材料。則需要點(diǎn)擊對(duì)話(huà)框5中的Add Temperature選項(xiàng)，設(shè)置不同溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的熱導(dǎo)率，當(dāng)然溫度點(diǎn)越多，模擬結(jié)果越準(zhǔn)確。設(shè)置完畢后，可以點(diǎn)擊Graph按鈕，軟件會(huì)生成熱導(dǎo)率隨溫度變化的曲線(xiàn)。對(duì)話(huà)框5中，Material菜單，New Model選項(xiàng)，添加多種材料的熱參數(shù)。5、 創(chuàng)建幾何模型GUI：PreprocessorModelingCreate 根據(jù)熱模型，創(chuàng)建幾何模型。對(duì)于復(fù)雜的幾何模型，可能要用到加、減、并、交等布爾運(yùn)算，可參考相

4、關(guān)資料。其中很重要而容易被忽視的一個(gè)操作就是粘結(jié)（Glue），用于不同圖元之間，只在公共邊界處相關(guān)的搭接，以保證熱量在不同結(jié)構(gòu)層間的傳遞。GUI：PreprocessorModelingOperateBooleansGlue建模過(guò)程中同樣可以對(duì)圖元進(jìn)行復(fù)制、移動(dòng)、刪除等命令。其中需要注意的是刪除一個(gè)面或者體的時(shí)候，為了使刪除的徹底要用PreprocessorModelingDeleteVolume and Below 這條命令，否則只能刪除掉體，刪除不了組成體的面以及線(xiàn)。6、 分配材料屬性以及網(wǎng)格劃分之所以把這兩個(gè)步驟放到一起，是因?yàn)锳NSYS提供了一個(gè)方便的網(wǎng)格劃分工具條可以快捷的完成這兩步

5、操作。GUI：PreprocessorMeshingMeshTool 調(diào)出工具條對(duì)話(huà)框6（1）、分配材料屬性在前面的第4步中，我們定義了材料的屬性，但是并沒(méi)有分配給模型中的各層材料。在對(duì)話(huà)框6中，在單元屬性的下拉列表框中選擇Volumes，然后點(diǎn)擊Set，出現(xiàn)選擇體的對(duì)話(huà)框7。 對(duì)話(huà)框7移動(dòng)鼠標(biāo)選擇要賦予屬性的體，點(diǎn)擊對(duì)話(huà)框中的OK按鈕，出現(xiàn)賦予材料屬性的對(duì)話(huà)框8。在對(duì)話(huà)框8中的Material number項(xiàng)后選擇與所選材料對(duì)應(yīng)的材料序號(hào)。同對(duì)話(huà)框6 樣的方法，將所有定義好的材料屬性賦予模型中對(duì)應(yīng)的各層材料。對(duì)話(huà)框8（2）劃分網(wǎng)格網(wǎng)格有兩種劃分方式：自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分。自由網(wǎng)格劃分對(duì)

6、實(shí)體沒(méi)有特殊的要求；自由體網(wǎng)格一般為四面體單元，這也就限制了第2步操作中的單元類(lèi)型的選擇；無(wú)法控制內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。映射網(wǎng)格劃分要求面或體是規(guī)則的形狀；體網(wǎng)格只包含六面體單元；可以很好的控制內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的位置。對(duì)于初學(xué)者，大都采用自由網(wǎng)格劃分，映射網(wǎng)格可能需要更多的經(jīng)驗(yàn)。在網(wǎng)格劃分工具條Mesh后的下拉列表選擇要?jiǎng)澐值膸缀晤?lèi)型；shape項(xiàng)選擇Tet(四面體)或者Hex（六面體）；選擇Free（自由網(wǎng)格）；然后點(diǎn)擊Mesh，即開(kāi)始網(wǎng)格劃分。7、 設(shè)定分析類(lèi)型菜單命令：SolutionAnalysis TypeNew Analysis,選擇Steady-state。8、 設(shè)置初始條件以及載荷執(zhí)行菜單命令：S

7、olutionDefine LoadsApplyThermal，下一級(jí)菜單中就包含了熱分析相關(guān)的溫度、熱流密度、對(duì)流換熱系數(shù)、生熱率、輻射率等參數(shù)的設(shè)置。其中，對(duì)流換熱系數(shù)的設(shè)置對(duì)話(huà)框9。對(duì)話(huà)框9在coefficient項(xiàng)填寫(xiě)對(duì)流換熱系數(shù)，在Bulk temperature項(xiàng)填寫(xiě)流體（空氣或者水）的溫度。9、 穩(wěn)態(tài)求解GUI：SolutionCurrent LS10、 后處理（1）、查看溫度分布圖。GUI: General PostprocessPlot ResultsNodal Solu，選擇DOF Solution對(duì)應(yīng)的Temperature TEMP,得到溫度場(chǎng)分布圖。非均勻溫度分布圖：

8、有些情況下，需要將某一溫度范圍（如350380K）內(nèi)的溫度值細(xì)化，以使溫度分布圖中的這一溫度范圍的顏色層次更明顯。這時(shí)候需要進(jìn)行非均勻溫度設(shè)置。方法是點(diǎn)擊ANSYS上方菜單中的PlotCtros選項(xiàng)，下拉列表中選擇Style，接著依次選擇ContoursNon-Uniform Contours，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框10，在對(duì)話(huà)框10中將350380的數(shù)值細(xì)化后填入對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊Replot。對(duì)話(huà)框10（2）、查看保存節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。GUI：General PostprocessList ResultsSorted ListingSort Nodes,出現(xiàn)對(duì)話(huà)框11。 對(duì)話(huà)框11在對(duì)話(huà)框11中的List sort

9、ed nodes for后的下拉列表中選擇Results/Coords。將出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)文件，一是節(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，一是節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。將這兩個(gè)文件保存，以便進(jìn)一步分析。二、 瞬態(tài)熱分析溫度場(chǎng)隨時(shí)間發(fā)生變化的傳熱過(guò)程稱(chēng)為非穩(wěn)態(tài)傳熱。實(shí)際生產(chǎn)生活中，絕大部分的傳熱過(guò)程都是非穩(wěn)態(tài)傳熱，穩(wěn)態(tài)傳熱只是一個(gè)近似的假定。對(duì)于非周期性傳熱過(guò)程，物體的溫度不斷升高和降低，并在經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后逐漸趨于平衡（不再改變），這類(lèi)傳熱過(guò)程即為瞬態(tài)傳熱。瞬態(tài)傳熱的分析步驟和穩(wěn)態(tài)大體相似，下面在穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)上將瞬態(tài)分析需要在那幾個(gè)步驟上做一些額外的設(shè)置簡(jiǎn)單介紹下。1、 對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)分析的第4步：定義材料屬性，對(duì)于瞬態(tài)分析必須要定義

10、材料的密度和比熱容。2、 對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)分析的第7步：設(shè)定分析類(lèi)型菜單命令：SolutionAnalysis TypeNew Analysis，瞬態(tài)分析選擇Transient。3、 較多的不同主要體現(xiàn)在第8步，設(shè)置初始條件以及載荷。首先，瞬態(tài)分析過(guò)程，一般都要給予一個(gè)初始狀態(tài)，對(duì)于熱分析通常是要給整個(gè)模型施加一個(gè)初始溫度場(chǎng)，設(shè)置命令為：SolutionDefine LoadsSettingsUniform Temp，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中填寫(xiě)初始溫度，如300K。其次，施加載荷的不同，瞬態(tài)分析的載荷都是與時(shí)間相關(guān)的。下面以施加隨時(shí)間變化的生熱率為例介紹瞬態(tài)載荷的施加過(guò)程。GUI：SolutionDefin

11、e LoadsApplyThermalHeat GenerateOn Volumes,然后選擇要施加載荷的體，出現(xiàn)施加生熱率的對(duì)話(huà)框12. 對(duì)話(huà)框12在對(duì)話(huà)框12中，Apply HGEN on volume后的下拉菜單中選擇New table,接著在彈出的對(duì)話(huà)框中輸入新建表格的名稱(chēng)，將出現(xiàn)表格設(shè)置對(duì)話(huà)框13。在對(duì)話(huà)框13中，I,J,K分別代表數(shù)值的維數(shù)，I為行，J為列。K一般用不著，設(shè)為0。取I=4、J=1、K=0，I變量命名為T(mén)IME，J變量命名為HGEN，點(diǎn)擊OK，出現(xiàn)新建的列表14。表14實(shí)際是5行2列，其中第0列是時(shí)間值，第0行是載荷編號(hào)。表中設(shè)置為0-1秒時(shí)間內(nèi)生熱率數(shù)值為1000,

12、1-2秒生熱率數(shù)值為0，因?yàn)橐蟮?列和第0行數(shù)據(jù)都是遞增的，所以第四行中的時(shí)間值填寫(xiě)的是1.0001。設(shè)置完畢后，F(xiàn)ileApply/Quit。對(duì)話(huà)框13列表144、 瞬態(tài)分析要比穩(wěn)態(tài)分析多一些必須的設(shè)置。菜單命令為：SolutionLoad Step Opts在下一級(jí)菜單Output CtrlsDB/Results File中，選擇將Every substep的結(jié)果都記錄下來(lái)，以便分析每一時(shí)間載荷步的數(shù)據(jù)結(jié)果。 下一級(jí)菜單Time/FrequenceTime-Time Step對(duì)話(huà)框15中，Time at end of load step后填寫(xiě)施加載荷的時(shí)間長(zhǎng)度。Time step siz

13、e中選擇時(shí)間步長(zhǎng)，例如把2秒的時(shí)間分成10等份，時(shí)間步長(zhǎng)就是0.2秒。時(shí)間步長(zhǎng)越小，載荷步越多，計(jì)算精度越高，同時(shí)所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。如果載荷在載荷步中是恒定的，就設(shè)為階躍載荷（Stepped）,如果載荷隨時(shí)間線(xiàn)性變化就設(shè)為漸進(jìn)載荷（Ramped）。自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)根據(jù)需要選擇打開(kāi)或者關(guān)閉，其中最小時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)小于前面設(shè)置的時(shí)間步長(zhǎng)。 瞬態(tài)分析中，必須打開(kāi)時(shí)間積分效果，菜單Time/FrequenceTime IntegrationAmplitude Decay，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中ON前面打?qū)︺^。對(duì)話(huà)框155、 后處理的不同，對(duì)于瞬態(tài)分析，需要用POST1和POST26兩種方式進(jìn)行結(jié)果處理。其中POST1用于對(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，POST26用于對(duì)模型中特定點(diǎn)在所有載荷步（整個(gè)瞬態(tài)傳熱過(guò)程）的結(jié)果進(jìn)行后處理。查看不同時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果，命令為：General PostprocessRead ResultsBy Time/Freq,在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中填寫(xiě)想要查看的時(shí)間點(diǎn)，點(diǎn)擊OK。查看特定點(diǎn)的結(jié)果，需要POST26處理器。下面以查看峰值溫度點(diǎn)在整個(gè)瞬態(tài)加熱過(guò)程中的變化為例來(lái)說(shuō)明。選擇T