Ansys熱分析教程第六章

1、第第 6 章章復雜的，時間和復雜的，時間和/或空間或空間變化的邊界條件變化的邊界條件 表格化熱邊界條件表格化熱邊界條件(載荷載荷) 以前，施加在幾何模型和/或有限元模型上的載荷都是常數(shù)或隨溫度變化的數(shù)值。當要施加復雜的隨時間和空間變化的載荷時，表格化的熱邊界條件就更加方便。定義 - 表格化邊界條件就是通過表格施加的邊界條件，其數(shù)值經(jīng)過計算并在求解過程中施加。表格化邊界條件表格化邊界條件- 基本變量基本變量基本變量時間全局笛卡爾坐標系中坐標溫度速度, 用于Fluid116單元，1-D 熱流 單元相應 ANSYS 標記TIMEX, Y, ZTEMPVELOCITY表格由下列基本變量組成表格由下列基

2、本變量組成:其它表格定義其它表格定義獨立變量 直接或間接隨基本變量變化并形成表格的變量，如， hf = f(time)換熱系數(shù)(獨立變量)是基本變量時間的函數(shù)hf = f(x,rpm) rpm = g(time) hf 和 rpm 是獨立變量 其它表格定義其它表格定義多元表格表格有多于一個的變量，如 hf = f(x,y,time)循環(huán)表格表格要引用其它帶有獨立變量的表格，如 hf = f(x,y,rpm) rpm = g(time)表格輸入的應用表格輸入的應用 表格化邊界條件可以使用于所有實體模型 和/或 有限元模型 熱邊界條件:使用D, DK,DL, DA命令施加的溫度使用F, FK命令施

3、加的熱流使用SF, SFE, SFL, SFA命令施加的對流（模系數(shù)和環(huán)境溫度）使用SF, SFE, SFL, SFA命令施加的熱流密度使用BF,BFE,BFL,BFA, BFV命令施加的內(nèi)部熱生成使用使用 HELP 命令查看上述命令相應命令查看上述命令相應的菜單項。的菜單項。表格化邊界條件的重要說明表格化邊界條件的重要說明如果表格化邊界條件不是時間的函數(shù)，他們可以很好的隨時間階躍施加，而不受KBC命令的約束 (見第 4 章 )?；咀兞炕咀兞?- 邊界條件應用邊界條件應用 熱邊界條件施加溫度熱流換熱系數(shù)介質(zhì)溫度熱流量內(nèi)部熱生成均勻熱生成基本變量TIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TE

4、MPTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITYTIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMPTIME單元單元-特殊表格支持特殊表格支持Fluid116 1-D 熱流單元載荷 熱流是基本變量TIME的函數(shù) 壓力是基本變量 TIME,X,Y,Z的函數(shù)SURF151, 152 表面效應單元實常數(shù) 旋轉(zhuǎn)速度和滑動因子(主要用于汽輪機應用如轉(zhuǎn)子)是基本變量 TIME,X,Y,Z的函數(shù)定義定義ANSYS表格表格表格可以使用下面的方法定義:ANSYS 命令 (*DIM)在 GUI, 使用 Utility MenuParametersArray ParametersDe

5、fine/Edit在 GUI, 在施加邊界條件時，軟件允許使用現(xiàn)有的表格或定義新的表格。用外部編輯器如EXCEL生成的文件。數(shù)據(jù)必須是tab-delimited 格式才能用ANSYS的 *TREAD命令讀入。ANSYS APDL 數(shù)組復習數(shù)組復習ANSYS 有兩種數(shù)組參數(shù):數(shù)組 類型定義離散的函數(shù)表格 類型使用線性插值方法定義連續(xù)的函數(shù)。數(shù)組可以是一、二、三維的。兩維數(shù)組有 m 行 n 列;行用行號 I標志, 從1到m列用列號J標志，從1到n。組成數(shù)組的數(shù)稱為數(shù)組元素。每個數(shù)組元素用下標 (I,J) 標志，I是行號，J是列號。ANSYS APDL 數(shù)組復習數(shù)組復習對于 ARRAY 類型，所有數(shù)

6、都按照下標存儲和引用。所有下標為整數(shù)。一個典型的 5x3 數(shù)組如下。jiiiLNMMMOQPPP12323 4 5 column index numbers 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3,1 3,2 3,3 3,4 3,51 row index numbersANSYS APDL 數(shù)組復習數(shù)組復習例如，在ANSYS命令中使用數(shù)組元素NSTR(2,4)會將數(shù)字19.1 代入，如果數(shù)組定義如下:NSTR = -41.4 6.04 31.610.8 320.7 3.85 19.1-4.5 -35.2 1.64 87.2125 .LNMMMOQPP

7、PANSYS APDL 表格復習表格復習TABLE 同樣由一系列排列為矩陣的數(shù)組成，但TABLE 允許使用數(shù)組元素的中間值，這是通過插值方法實現(xiàn)的。而且, J=0 列, 通常包括行號數(shù)字(I=1 到m), 必須變化為單向增加的數(shù)字系列 (不一定是整數(shù))。同樣, I=0 行, 通常包括列號數(shù)字(J=1 到n), 必須變化為單向增加的數(shù)字系列 (不一定是整數(shù))。 缺省情況下，所有標志數(shù)字從接近0的數(shù)字開始。1-D 表格例子表格例子例如, 1-D 表格 A 可以解釋如下:A(1.5) 表示 20.0(12.0和28.0的中間數(shù)值)A(2.5) 表示 87.2(28.0 和146.4的中間數(shù)值) 1.

8、0 1.0= . . 3.0A201202801464LNMMMOQPPP2-D 表格例子表格例子2-D 表格 PQ 可以解釋如下:PQ(1,1.5) 表示 3.5(2.8 和4.2的中間數(shù)值)PQ(3.5,1.3) 表示 14.88(42.0 和-4.5平均, 9.7 和2.0平均,然后 乘上 30% 加到 42.0和-4.5的平均值上)。 1.0 2.0 1.0PQ = 2.02.8 4.2-9.6 -12.342.0 9.7-4.5 2.0 3.0 4.0LNMMMMOQPPPP載荷數(shù)組的通常習慣載荷數(shù)組的通常習慣盡管參數(shù)名可以達到8個字符長，表格參數(shù)由于應用于命令的域中，只能限制在7個

9、字符以下。例例: 使用表格定義使用表格定義 A “載荷載荷”在載荷中使用表格允許用戶在表格元素之間自動進行線性，雙線性和三次插值。考慮下面的載荷 (FORCE 可以是節(jié)點熱流):使用命令定義使用命令定義APDL 表格表格表格 (FORCE) 元素為載荷數(shù)值，行標號為時間數(shù)值，使用下面的ANSYS命令定義 :*DIM,FORCE,TABLE,5,1,1,TIMEFORCE(1,1)=0,560,560,238.5,0FORCE(1,0)=1.E-6,0.8,7.2,8.5,9.3FORCE(0,1)=1.0 (不必須) 見右圖所示。 1.0 1.E-6 0.8FORCE= 7.2 0.0560.

10、0560.0238.5 0.0 8.5 9.3LNMMMMMMOQPPPPPP使用使用GUI表格編輯器定義表格編輯器定義 APDL表格表格使用 GUI, in the Utility MenuParametersArray ParametersDefine/EditAdd 12使用外部模板定義使用外部模板定義 APDL表格表格 (如如, EXCEL)在EXCEL中定義表格元素，包括 “0”號行, “0”號列 。用戶可以使用空行將數(shù)據(jù)平面分割開，數(shù)據(jù)會可讀性更強。一個3-D表格的例子見下，注意y平面變量有兩個元素 :在EXCEL中用tab-delimited文本格式寫出，使用菜單 FileSav

11、e Aschange Save As Type to text (tab delimited)使用外部制表軟件定義使用外部制表軟件定義 APDL表格表格(續(xù)續(xù))用戶可以給EXCEL數(shù)據(jù)加上題目，而且空白行可以使得數(shù)據(jù)更加容易識別。在ANSYS中, 定義數(shù)組使用 Utility MenuParametersArray ParametersDefine/EditAddthis is a 3-D Table使用外部制表軟件定義使用外部制表軟件定義 APDL表格表格(續(xù)續(xù))要讀入 EXCEL數(shù)據(jù)，使用 Utility MenuParametersArray ParametersRead from Fi

12、leTable array 并將對話框中所需數(shù)據(jù)給出。注注-跳過跳過EXCEL數(shù)據(jù)的前數(shù)據(jù)的前四行。四行。在在 GUI中檢查表格中檢查表格數(shù)據(jù)可以通過 Utility Menu ParametersDefine/Edit 來檢查數(shù)據(jù)平面數(shù)據(jù)平面表格可以用 Utility Menu Plot Arrays繪制。使用前面的1-D例子，將對話框中填充，生成的圖見后面。繪制繪制 APDL表格表格繪制繪制 APDL 表格表格 (續(xù)續(xù))填充完對話框并單擊 OK, 下面的圖形出現(xiàn),使用命令操作表格使用命令操作表格表格可以使用標準的ANSYS加載命令施加。使用表格輸入的方式是在命令的數(shù)值域?qū)⒈砀衩钸M去。不用

13、使用其他表格參數(shù)。下面有幾個例子:SF,all,HFLUX,%fluxtab%D,all, TEMP,%temptab%SFL,all,CONV,%hftab%,1000通過通過 GUI施加操作表格施加操作表格在 GUI, 當用戶選擇加載并單擊APPLY, 對話框可以讓用戶指出施加的方式:常數(shù)或現(xiàn)存的表格或新表格檢查通過表格輸入的邊界條件檢查通過表格輸入的邊界條件當表格邊界條件施加到實體模型或有限元模型上后，在前處理器中列出邊界條件時表格名將出現(xiàn)。如果使用SBCTRAN (SolutionLoadsOperateTransfer to FE)命令將載荷傳遞到有限元模型上時, 在求解器中可以列出

14、或繪制出結(jié)點和單元的表格邊界條件數(shù)值。如果表格邊界條件是時間的函數(shù)，顯示的是TIME = 0的數(shù)值。如果載荷步文件 jobname.SXX) 是在傳遞以后寫的，結(jié)點和單元的載荷步文件邊界條件 (實體模型載荷不存儲在LS文件中) 還是由表格引用，而不是數(shù)值。檢查通過表格輸入的邊界條件檢查通過表格輸入的邊界條件(續(xù)續(xù))求解結(jié)束后，列出或繪制單元和結(jié)點的邊界條件 (在求解器中)會顯示出時間為最后載荷子步的數(shù)值。在POST1 (通用后處理器)中, 邊界條件可以在結(jié)點和單元上列出或繪制，時間是存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)值。其他選項其他選項 - 表格輸入表格輸入在許多情況下，載荷類型可以得到但載荷的表格數(shù)值在建模

15、時并不知道。在這種情況下，用戶可能只想確定不同的載荷區(qū)域。要做到這一點:使用新表格施加邊界條件，表格大小和數(shù)值都取缺省數(shù)值 (空白)。 如果后來知道了邊界條件，只要重新定義表格大小和數(shù)值即可。不用重新施加載荷。例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)假設面上的對流換熱系數(shù)是非線性函數(shù)，并只與面的全局X坐標有關。假設有6個插值點，可以在GUI中定義如下表格:例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))假設全局笛卡兒坐標從1到6變化，換熱系數(shù)表格可以定義為:例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(

16、x)(續(xù)續(xù))使用 GUI在線上施加對流，出現(xiàn)下面的對話框。選擇“existing table” 為換熱系數(shù)， “constant value” 為介質(zhì)溫度 (因為沒有用表格定義)。輸入 TBULK 數(shù)值并單擊 OK。例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))下面的對話框允許用戶選擇合適的表格 (在本題中, 只有一個表格, HF, 可以選擇)。例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))要顯示對流邊界條件，我們打開右圖選項Utility Menu under PlotCtlsSymbols例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的

17、函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))要在繪圖時顯示表格名，在Utility Menu, under PlotCtls Numbering, 打開 Table Names例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))畫線顯示表格化換熱系數(shù), HF, 使用表格名。例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))在通用后處理器 (POST1)中, 數(shù)值可以通過將表格名關閉并將數(shù)值打開顯示 (Utility MenuPlotCtlsNumbering)Turn offTurn on例子：例子： 換熱系數(shù)是長度的函數(shù)換

18、熱系數(shù)是長度的函數(shù) HF = f(x)(續(xù)續(xù))數(shù)值不能在 幾何 模型顯示; 只能在有限元模型顯示: 這是單元繪圖。這是單元繪圖。時間步長和輸出控制時間步長和輸出控制表格邊界條件允許用戶在一個載荷步中定義和求解 復雜，瞬態(tài)熱傳遞問題。多載荷步同樣可以使用表格化邊界條件。但是，當自動時間步 (ATS)打開，求解器可能會跳過時間的關鍵部分 (如, 載荷突然變化)。要避免這一點，用戶可以定義關鍵時間 (時間步中的某一時間將設置為初始的NSUB/DELTIM 數(shù)值)。這些設置可以通過ANSYS命令 TSRES 來設置。結(jié)果寫入結(jié)果文件 (jobname.rth)的頻率可以使用 OUTRES 命令控制。關

19、鍵時間和輸出時間關鍵時間和輸出時間RPMTime輸出時間輸出時間關鍵時間關鍵時間時間步重置時間步重置 (TSRES 命令命令)在特定時間點重新設置時間步大小為初始數(shù)值 (使用NSUB/DELTIM命令設置) 可以參照數(shù)組 (不是表格) ，使用 TSRES 命令:TSRES, 數(shù)組名其中的數(shù)組必須是ANSYS一維數(shù)組Nx1, N 為關鍵時間的數(shù)目，數(shù)組元素就是相應的要重新設置的時間步的時間數(shù)值。數(shù)組指定的時間點之間的時間增量必須比NSUB 或 DELTIM指定的時間初始數(shù)值大。時間步重置時間步重置 - 使用使用 GUI 3124結(jié)果文件輸出控制結(jié)果文件輸出控制 (OUTRES)OUTRES命令允

20、許用戶控制計算結(jié)果輸出到熱結(jié)果文件(jobname.rth)中的頻率 。命令格式為,OUTRES, item, FREQ, Cname 要使用數(shù)組參數(shù)(不是表格)控制輸出頻率，在命令的FREQ中使用%數(shù)組名% ，數(shù)組名是一維Nx1 數(shù)組的名字，數(shù)組包括N個時間數(shù)值，結(jié)果將在這些時間點寫入結(jié)果文件。不需要指定別的參數(shù)。使用使用 GUI控制結(jié)果文件控制結(jié)果文件 3142使用使用 GUI控制結(jié)果文件控制結(jié)果文件(續(xù)續(xù))指定使用新數(shù)組還是現(xiàn)有的數(shù)組。然后出現(xiàn)后面的對話框。56用用 TSRES 和和 OUTRES使用數(shù)組的例子使用數(shù)組的例子用以重置時間步 (TSRES)和在特定時間輸出結(jié)果 (OUTRE

21、S)的數(shù)組如下 :TIMEVAL=18.312.530.240.3OUTVAL = 0.2 0.5 0.8 1.0 3.3 8.3 10.1 12.5 16.0 20.0 30.2 40.3RS|T|UV|W|T注注: 使用使用TSRES和和OUTRES的數(shù)組不要求一致。因為通常輸出點需的數(shù)組不要求一致。因為通常輸出點需要比重置時間步的時間點更多一些。要比重置時間步的時間點更多一些。函數(shù)工具函數(shù)工具有以下三種方式施加與時間相關的載荷: 多載荷步 列表輸入 利用函數(shù)工具函數(shù)工具法也可用于在復雜空間上施加動態(tài)變載荷LoadtLoadtLoadt函數(shù)工具函數(shù)工具函數(shù)工具 用戶可以創(chuàng)建函數(shù)庫，這樣可容

22、易的施加各種復雜的邊界條件用于計算的函數(shù)建立方程式支持所有的初始變量 (x, y, z, temp, pres, time etc.)每一函數(shù)必須保存為文件 (archived)可從存檔文件中調(diào)用函數(shù)，并運用到列表格式加載中函數(shù)工具函數(shù)工具在ANSYS中運用函數(shù)工具進行加載分兩步進行:使用 Function Editor 生成函數(shù)方程.1. 使用 Function Loader 將函數(shù)加載在TABLE列表中；用函數(shù)生成器產(chǎn)生函數(shù)保存該函數(shù)并生成該函數(shù)對應的變化數(shù)據(jù)文檔 第一步第一步: 函數(shù)編輯函數(shù)編輯讀入所需函數(shù)文件為列指定參數(shù)名，直接輸入對應的數(shù)據(jù)值用 existing table 和指定的參數(shù)名進行加載第二步：函數(shù)加載第二步：函數(shù)加載將函數(shù)編輯器作為計算器生成時間或空間變化的方程。對于隨時間變化的載荷，將TIME作為主變量定義方程。保存。函數(shù)工具函數(shù)工具函數(shù)編輯函數(shù)編輯函數(shù)工具函數(shù)工具函數(shù)加載函數(shù)加載在使用函數(shù)加載前，該函數(shù)必須被作為表列保存。To use the equation, choose Solution Loads-Apply