ANSYS多物理耦合場有限元分析學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1ANSYS多物理耦合場有限元分析多物理耦合場有限元分析第一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS多物理耦合場有限元分析多物理耦合場有限元分析結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-熱熱耦合分析耦合分析流體流體-固體固體耦合分析耦合分析第1頁/共99頁第二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS熱分析熱分析第2頁/共99頁第三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS熱分析熱分析第3頁/共99頁第四頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。Tnq*dTdnndirection in gradient thermalre temperatundirection in ty co

2、nductivi thermalWhere,ndirection in areaunit per rate flowheat *nTTKnTKqnnnnANSYSANSYS熱分析熱分析第4頁/共99頁第五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。TsTBre temperatufluidbulk re temperatusurfacetcoefficien film convective Where,fluid and surfacebetween areaunit per rate flowheat )(*BSfBSfTThTThqANSYSANSYS熱分析熱分析第5頁/共99頁第六頁，編輯于星期

3、五：十九點 五十四分。程。程。0generatedboundary heout thru tboundary ein thru thstoredEEEEANSYSANSYS熱分析熱分析第6頁/共99頁第七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。常用的熱單元類型材料特性材料特性至少需要至少需要 Kxx Kxx 穩(wěn)態(tài)分析熱傳導(dǎo)系數(shù)。穩(wěn)態(tài)分析熱傳導(dǎo)系數(shù)。如果是瞬態(tài)分析，則需要比熱如果是瞬態(tài)分析，則需要比熱 ( (C) C) 。優(yōu)先設(shè)置為優(yōu)先設(shè)置為 “thermalthermal” （熱分析），在熱分析），在 GUI GUI 方式中只顯示熱材料特性。方式中只顯示熱材料特性。實常數(shù)實常數(shù)主要用于殼和線單元。

4、主要用于殼和線單元。ANSYSANSYS熱分析熱分析第7頁/共99頁第八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS熱分析熱分析第8頁/共99頁第九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。相應(yīng)的節(jié)點處的有限元平衡方程為相應(yīng)的節(jié)點處的有限元平衡方程為:0.qzTkzyTkyxTkxzzyyxxQKT ANSYSANSYS熱分析熱分析第9頁/共99頁第十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS熱分析熱分析第10頁/共99頁第十一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS熱分析熱分析第11頁/共99頁第十二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。 - ANSYSAN

5、SYS熱分析熱分析第12頁/共99頁第十三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS熱分析熱分析第13頁/共99頁第十四頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。由于受隨時間變化的載荷和邊界條件由于受隨時間變化的載荷和邊界條件,如果需要知道系統(tǒng)隨時間的響應(yīng)，就需要進行如果需要知道系統(tǒng)隨時間的響應(yīng)，就需要進行瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析 。熱能存儲效應(yīng)在穩(wěn)態(tài)分析中忽略，在此要考慮進去。時間，在穩(wěn)態(tài)分析中只用于計數(shù)，現(xiàn)在有了確定的物理含義。熱能存儲效應(yīng)在穩(wěn)態(tài)分析中忽略，在此要考慮進去。時間，在穩(wěn)態(tài)分析中只用于計數(shù)，現(xiàn)在有了確定的物理含義。涉及到相變的分析總是瞬態(tài)分析。涉及到相變的分析總是瞬態(tài)分析。時變

6、載荷時變載荷時變響應(yīng)時變響應(yīng)ANSYSANSYS熱分析熱分析第14頁/共99頁第十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。除了導(dǎo)熱系數(shù)除了導(dǎo)熱系數(shù) (k), 還要定義還要定義密度密度 (r r) 和和 比熱比熱 (c ) 。 穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析對明顯的區(qū)別在于穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析對明顯的區(qū)別在于加載和求解加載和求解 過程。過程。* MASS71熱質(zhì)量單元比較特殊，它能熱質(zhì)量單元比較特殊，它能夠存貯熱能單不能傳導(dǎo)熱能。因此，本單夠存貯熱能單不能傳導(dǎo)熱能。因此，本單元不需要熱傳導(dǎo)系數(shù)。元不需要熱傳導(dǎo)系數(shù)。ANSYSANSYS熱分析熱分析第15頁/共99頁第十六頁，編輯于星期五：十九點 五十四分?；貞浘€

7、性系統(tǒng)熱分析的控制方程矩陣形式。熱存儲項的計入將靜態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗不貞浘€性系統(tǒng)熱分析的控制方程矩陣形式。熱存儲項的計入將靜態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗矐B(tài)系統(tǒng)態(tài)系統(tǒng):在瞬態(tài)分析中，載荷隨在瞬態(tài)分析中，載荷隨時間時間變化變化. . . . . 或或,對于非線性瞬態(tài)分析對于非線性瞬態(tài)分析, 時間時間 和和 溫度溫度: QTKTC tQTKTC tTQTTKTTC,熱存儲項熱存儲項 = (比熱矩陣比熱矩陣) x (時間對溫度的微分時間對溫度的微分)ANSYSANSYS熱分析熱分析第16頁/共99頁第十七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。選擇合理的時間步很重要，它影響求解的精度和收斂性。選擇合理的時間步很重要，它影響

8、求解的精度和收斂性。如果時間步長如果時間步長 太小太小, 對于有中間節(jié)點的單元會形成不對于有中間節(jié)點的單元會形成不切實際的振蕩，造成溫度結(jié)果不真實。切實際的振蕩，造成溫度結(jié)果不真實。TtD D t如果時間步長如果時間步長 太大太大, 就不能得到就不能得到足夠的溫度梯度。足夠的溫度梯度。一種方法是先指定一個相對較保守的初始時間步長，然后使用自動時間步長按需要增加時間步。下面說明使用自動時間步長大致估計初始時間步長的方法。一種方法是先指定一個相對較保守的初始時間步長，然后使用自動時間步長按需要增加時間步。下面說明使用自動時間步長大致估計初始時間步長的方法。ANSYSANSYS熱分析熱分析第17頁/

9、共99頁第十八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。在瞬態(tài)熱分析中大致估計初始時間步長，可以使用在瞬態(tài)熱分析中大致估計初始時間步長，可以使用Biot和和Fourier數(shù)。數(shù)。 Biot 數(shù)數(shù) 是無量綱的對流和傳導(dǎo)熱阻的比率是無量綱的對流和傳導(dǎo)熱阻的比率:其中其中 D x是名義單元寬度是名義單元寬度, h是平均對流換熱系數(shù)，是平均對流換熱系數(shù)，K 是平均導(dǎo)熱系數(shù)。是平均導(dǎo)熱系數(shù)。Fourier 數(shù)數(shù) 是無量綱的時間是無量綱的時間(Dt/t ) , 對于寬度為對于寬度為D x 的單元它量化了熱傳導(dǎo)與熱存儲的相對比率的單元它量化了熱傳導(dǎo)與熱存儲的相對比率:其中其中 r 和和 c 是平均的密度和比熱是平

10、均的密度和比熱。KxhBiD2)( xctKFoDDrANSYSANSYS熱分析熱分析第18頁/共99頁第十九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。如果如果Bi 1: 時間步長可以用時間步長可以用Fourier 和和 Biot數(shù)的乘積預(yù)測數(shù)的乘積預(yù)測:求解求解 D t 得到得到: (Again, where 0.1 b 0.5)時間步長的預(yù)測精度隨單元寬度的取值，時間步長的預(yù)測精度隨單元寬度的取值，材料特性的材料特性的平均方法和比例因子平均方法和比例因子b 而變化。而變化。brrDDDDDxcthKxhxctKBiFo2)(cKandwherexKxctrababrbDDD5 . 01 . 0,

11、)()(22hxctDDrbANSYSANSYS熱分析熱分析第19頁/共99頁第二十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYS缺省情況下是穩(wěn)態(tài)分析。使用下列求解菜單指定要進行瞬態(tài)分析缺省情況下是穩(wěn)態(tài)分析。使用下列求解菜單指定要進行瞬態(tài)分析:“FULL” 是瞬態(tài)熱分析唯一可以使用的選項。7. 用戶要輸入求解選項，并不是只對熱分析有效用戶要輸入求解選項，并不是只對熱分析有效 (如求解器，如求解器，N-R 選項等選項等)143256ANSYSANSYS熱分析熱分析第20頁/共99頁第二十一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。初始條件初始條件 必須對模型的每個溫度自由度定義，使得時間積分過程得以開

12、始。必須對模型的每個溫度自由度定義，使得時間積分過程得以開始。施加在有溫度約束的節(jié)點上的初始條件被忽略。施加在有溫度約束的節(jié)點上的初始條件被忽略。根據(jù)初始溫度域的性質(zhì)，初始條件可以用以下方法之一指定根據(jù)初始溫度域的性質(zhì)，初始條件可以用以下方法之一指定:注注: 如果沒有指定如果沒有指定初始溫度，初始初始溫度，初始DOF數(shù)值為數(shù)值為0。ANSYSANSYS熱分析熱分析第21頁/共99頁第二十二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。如果整個模型的初始溫度為均勻且非如果整個模型的初始溫度為均勻且非0，使用下列菜單指定，使用下列菜單指定:1234ANSYSANSYS熱分析熱分析第22頁/共99頁第二十三頁

13、，編輯于星期五：十九點 五十四分。如果模型的初始溫度分布如果模型的初始溫度分布已知已知但但不均勻不均勻，使用這些菜單將初始條件施加在特定節(jié)點上使用這些菜單將初始條件施加在特定節(jié)點上:4. 用圖形選取或輸入點號的方法確定要建立初始溫度的節(jié)點。用圖形選取或輸入點號的方法確定要建立初始溫度的節(jié)點。5. 單擊單擊 OK.注注: 當(dāng)手動或借助于輸入文件輸入當(dāng)手動或借助于輸入文件輸入IC命令命令時，可以使用節(jié)點組元名來區(qū)分時，可以使用節(jié)點組元名來區(qū)分節(jié)點。節(jié)點。12354ANSYSANSYS熱分析熱分析第23頁/共99頁第二十四頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。注注: 沒有定義沒有定義DOF初始溫度的節(jié)

14、點其初始溫度缺省為初始溫度的節(jié)點其初始溫度缺省為TUNIF命令指定的均勻數(shù)值。命令指定的均勻數(shù)值。6.選擇選擇 DOF 標(biāo)記標(biāo)記 “TEMP”。7. 指定初始溫度數(shù)值。指定初始溫度數(shù)值。8. 完成后單擊完成后單擊OK。單擊單擊APPLY重復(fù)操作，將初始溫度指定到其它節(jié)點上。重復(fù)操作，將初始溫度指定到其它節(jié)點上。678ANSYSANSYS熱分析熱分析第24頁/共99頁第二十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。當(dāng)模型中的初始溫度分布是當(dāng)模型中的初始溫度分布是不均勻不均勻且且未知未知的，單載荷步的穩(wěn)態(tài)熱分析可以用來確定瞬態(tài)分析前的初始溫度。要這樣做，按照下列步驟的，單載荷步的穩(wěn)態(tài)熱分析可以用來確定

15、瞬態(tài)分析前的初始溫度。要這樣做，按照下列步驟:1. 穩(wěn)態(tài)第一載荷步穩(wěn)態(tài)第一載荷步:進入求解器，使用穩(wěn)態(tài)分析類型。進入求解器，使用穩(wěn)態(tài)分析類型。施加穩(wěn)態(tài)初始載荷和邊界條件施加穩(wěn)態(tài)初始載荷和邊界條件。為了方便，指定一個很小的結(jié)束時間為了方便，指定一個很小的結(jié)束時間 (如如1E-3 秒秒)。避免使用非常小的時間數(shù)值。避免使用非常小的時間數(shù)值 ( 1E-10) 因為可能形成數(shù)值錯誤。因為可能形成數(shù)值錯誤。指定其它所需的控制或設(shè)置指定其它所需的控制或設(shè)置 (如非線性控制如非線性控制)。求解當(dāng)前載荷步。求解當(dāng)前載荷步。ANSYSANSYS熱分析熱分析第25頁/共99頁第二十六頁，編輯于星期五：十九點 五十

16、四分。施加瞬態(tài)分析控制和設(shè)置。施加瞬態(tài)分析控制和設(shè)置。求解之前求解之前, 打開時間積分打開時間積分:求解當(dāng)前瞬態(tài)載荷步。求解當(dāng)前瞬態(tài)載荷步。求解后續(xù)載荷步。時間積分效果保持打開直到在后面的載荷步中關(guān)閉為止。求解后續(xù)載荷步。時間積分效果保持打開直到在后面的載荷步中關(guān)閉為止。2. 后續(xù)載荷步為瞬態(tài)后續(xù)載荷步為瞬態(tài):在第二個載荷步中，根據(jù)第一個載荷步施加載荷和邊界條件。記住刪除第一個載荷步中多余的載荷。在第二個載荷步中，根據(jù)第一個載荷步施加載荷和邊界條件。記住刪除第一個載荷步中多余的載荷。1234ANSYSANSYS熱分析熱分析第26頁/共99頁第二十七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。象剛剛說明

17、的那樣象剛剛說明的那樣, 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)分析可以迅速的變?yōu)榉治隹梢匝杆俚淖優(yōu)樗矐B(tài)瞬態(tài)分析，只要簡單的在后續(xù)載荷步中將時間積分效果分析，只要簡單的在后續(xù)載荷步中將時間積分效果打開打開。同樣，同樣，瞬態(tài)瞬態(tài)分析可以變成分析可以變成穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)分析，只要簡單的在后續(xù)載荷步中將時間積分效果分析，只要簡單的在后續(xù)載荷步中將時間積分效果關(guān)閉關(guān)閉。結(jié)論結(jié)論: 從求解方法來說，瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析的差別就在于時間積分。從求解方法來說，瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析的差別就在于時間積分。ANTYPE,TRANS + TIMINT,OFF ANTYPE,STATICANTYPE,STATIC + TIMINT,ON ANTYPE,TRA

18、NSANSYSANSYS熱分析熱分析第27頁/共99頁第二十八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。在本例中，不是在分析的在本例中，不是在分析的開始開始關(guān)閉時間積分效果來建立初始條件，而是在分析的關(guān)閉時間積分效果來建立初始條件，而是在分析的結(jié)束結(jié)束關(guān)閉時間積分來關(guān)閉時間積分來“加速加速”瞬態(tài)。瞬態(tài)。通常，分析的目標(biāo)將將瞬態(tài)熱現(xiàn)象中最嚴(yán)重的溫度梯度定量通常，分析的目標(biāo)將將瞬態(tài)熱現(xiàn)象中最嚴(yán)重的溫度梯度定量。這些梯度通常在瞬態(tài)的初始階段發(fā)生。這些梯度通常在瞬態(tài)的初始階段發(fā)生,并在系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)時并在系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)時隨時間衰減。隨時間衰減。當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定后，后面的結(jié)果就沒有意義了，分析可以簡單的結(jié)當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)

19、穩(wěn)定后，后面的結(jié)果就沒有意義了，分析可以簡單的結(jié)束或如果穩(wěn)態(tài)溫度場也需要得到，就在最后載荷步關(guān)閉時間積分效束或如果穩(wěn)態(tài)溫度場也需要得到，就在最后載荷步關(guān)閉時間積分效果果。注意改變到穩(wěn)態(tài)邊界時的突變。注意改變到穩(wěn)態(tài)邊界時的突變。最后一個載荷步的終止時間可以最后一個載荷步的終止時間可以是任意的是任意的,但必須比前面的瞬態(tài)載但必須比前面的瞬態(tài)載荷步時間數(shù)值要大。荷步時間數(shù)值要大。ANSYSANSYS熱分析熱分析第28頁/共99頁第二十九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。打開控制打開控制 用于在當(dāng)瞬態(tài)熱分析接近穩(wěn)態(tài)時讓自動時間步用于在當(dāng)瞬態(tài)熱分析接近穩(wěn)態(tài)時讓自動時間步 “打開打開”(增加增加)時間步

20、長。在缺省情況下，如果連續(xù)時間步長。在缺省情況下，如果連續(xù)3個子步間的最大溫度變化都小于個子步間的最大溫度變化都小于 0.1個溫度單位，那么時間步長將迅速增加以提高效率。這個控制只能在求解控制中實現(xiàn)。用這些菜單改變設(shè)置個溫度單位，那么時間步長將迅速增加以提高效率。這個控制只能在求解控制中實現(xiàn)。用這些菜單改變設(shè)置:3. 指定溫度。指定溫度。4. 指定門檻值。指定門檻值。5. 指定子步數(shù)。指定子步數(shù)。6. 單擊單擊OK。123456ANSYSANSYS熱分析熱分析第29頁/共99頁第三十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。要準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，載荷必須以正確的幅值，在正確的時間和正確的速率施加

21、。要準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，載荷必須以正確的幅值，在正確的時間和正確的速率施加。回憶一下載荷在載荷步中相對時間可以是回憶一下載荷在載荷步中相對時間可以是階躍階躍的或的或漸變漸變的的:ANSYS 缺省是漸變加載的。漸變加載可以提高瞬態(tài)求解的適應(yīng)性，如果有非線性時可以提高收斂性。參考第缺省是漸變加載的。漸變加載可以提高瞬態(tài)求解的適應(yīng)性，如果有非線性時可以提高收斂性。參考第4章學(xué)習(xí)章學(xué)習(xí)ANSYS如何處理漸變載荷。如何處理漸變載荷。ANSYSANSYS熱分析熱分析第30頁/共99頁第三十一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。要模擬階躍載荷，將載荷在很短的時間內(nèi)漸變施加到全值，然后在后續(xù)載荷步中保持不

22、變。問題問題: 對茶壺進行瞬態(tài)熱分析。在底上施加熱流模擬爐子的加熱。熱流載對茶壺進行瞬態(tài)熱分析。在底上施加熱流模擬爐子的加熱。熱流載荷應(yīng)該是階躍的還是漸變的如果荷應(yīng)該是階躍的還是漸變的如果 . . .1. 茶壺在一個剛?cè)贾臓t子上茶壺在一個剛?cè)贾臓t子上2. 茶壺載一個已經(jīng)很熱的爐子上茶壺載一個已經(jīng)很熱的爐子上ANSYSANSYS熱分析熱分析第31頁/共99頁第三十二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。當(dāng)進行當(dāng)進行直接耦合直接耦合時時, 多個物理場（如熱多個物理場（如熱電）的自由度同時進行計算。這稱為電）的自由度同時進行計算。這稱為直接方法直接方法，適用于多個物理場各自的響應(yīng)互相依賴的情況。由

23、于平衡狀態(tài)要滿足多個準(zhǔn)則才能取得，直接耦合分析往往是非線性的。每個結(jié)點上的自由度越多，矩陣方程就越龐大，耗費的機時也越多。適用于多個物理場各自的響應(yīng)互相依賴的情況。由于平衡狀態(tài)要滿足多個準(zhǔn)則才能取得，直接耦合分析往往是非線性的。每個結(jié)點上的自由度越多，矩陣方程就越龐大，耗費的機時也越多。下表列出了下表列出了ANSYS中可以用作直接耦合分析的單元類型。中可以用作直接耦合分析的單元類型。不是所有單元都有溫度自由度。不是所有單元都有溫度自由度。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第32頁/共99頁第三十三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第33頁/共99頁第三十四頁

24、，編輯于星期五：十九點 五十四分。鋁板的溫度將影響材料彈塑性特性和熱鋁板的溫度將影響材料彈塑性特性和熱應(yīng)變。應(yīng)變。機械和熱載荷使得板產(chǎn)生大應(yīng)變。新的熱機械和熱載荷使得板產(chǎn)生大應(yīng)變。新的熱分析必須計入形狀改變。分析必須計入形狀改變。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第34頁/共99頁第三十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。傳導(dǎo)線圈在鋼芯周圍產(chǎn)生電磁場。該區(qū)域傳導(dǎo)線圈在鋼芯周圍產(chǎn)生電磁場。該區(qū)域 的交變電的交變電流在鋼芯內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱。流在鋼芯內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱。鋼芯在熱作用下產(chǎn)生高溫，由于溫度變化梯度很大鋼芯在熱作用下產(chǎn)生高溫，由于溫度變化梯度很大，因此必須考慮鋼芯材料特性隨溫度的變化。而且，因此必

25、須考慮鋼芯材料特性隨溫度的變化。而且，磁場變化的強度和方向都會改變。，磁場變化的強度和方向都會改變。象這種電磁場諧波分析，只要得出磁向量勢象這種電磁場諧波分析，只要得出磁向量勢A，就能計就能計算出電流密度向量算出電流密度向量J。它用來計算下式中的焦耳熱它用來計算下式中的焦耳熱:22maxRIPowerRMSQj結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第35頁/共99頁第三十六頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第36頁/共99頁第三十七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第37頁/共99頁第三十八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。

26、熱熱 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)熱熱 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)許多問題需要許多問題需要熱到結(jié)構(gòu)熱到結(jié)構(gòu) 的耦合的耦合(溫度引起的熱膨脹溫度引起的熱膨脹)但反之不可但反之不可 結(jié)構(gòu)到熱結(jié)構(gòu)到熱 耦合是可以忽略的耦合是可以忽略的(小的應(yīng)變將不對初始的熱分析結(jié)果產(chǎn)生影響小的應(yīng)變將不對初始的熱分析結(jié)果產(chǎn)生影響)在實用問題中，這種方法比直接耦合要方便一些，因為分析使用的是單場單元，不用進行多次迭代計算。在實用問題中，這種方法比直接耦合要方便一些，因為分析使用的是單場單元，不用進行多次迭代計算。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第38頁/共99頁第三十九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。葉片和盤中的溫度會產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)變。這會顯著影響應(yīng)力

27、葉片和盤中的溫度會產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)變。這會顯著影響應(yīng)力狀態(tài)。狀態(tài)。由于應(yīng)變較小，而且接觸區(qū)域是平面對平面由于應(yīng)變較小，而且接觸區(qū)域是平面對平面的，因此溫度解不用更新。的，因此溫度解不用更新。Disk SectorAirfoilPlatformRoot下面是有關(guān)熱現(xiàn)象的一些可以使用間接耦合方法進行分析的例子下面是有關(guān)熱現(xiàn)象的一些可以使用間接耦合方法進行分析的例子:熱熱-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):透平機葉片部件分析透平機葉片部件分析這種分析又叫做熱應(yīng)力分析。這種分析又叫做熱應(yīng)力分析。這合非常典型的分析類型將在后面有更加詳細(xì)的描這合非常典型的分析類型將在后面有更加詳細(xì)的描述。述。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第39

28、頁/共99頁第四十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。熱熱-電電:嵌于玻璃盤的電熱器嵌于玻璃盤的電熱器嵌于玻璃盤的電熱器中有電流。這使得嵌于玻璃盤的電熱器中有電流。這使得電線中有焦耳熱產(chǎn)生。電線中有焦耳熱產(chǎn)生。 由于熱效應(yīng)，電線和盤中溫度增加。由于系統(tǒng)的溫度變化不大，熱引起的電阻變化被忽略。因此，電流也是不變的。由于熱效應(yīng)，電線和盤中溫度增加。由于系統(tǒng)的溫度變化不大，熱引起的電阻變化被忽略。因此，電流也是不變的。當(dāng)電壓當(dāng)電壓V求解后，可以用于下式中求解焦求解后，可以用于下式中求解焦耳熱耳熱:RVPowerQj2+ V -結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第40頁/共99頁第四十一頁，編輯于星期

29、五：十九點 五十四分。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第41頁/共99頁第四十二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。單元類型和選項單元類型和選項節(jié)點和單元坐標(biāo)系節(jié)點和單元坐標(biāo)系耦合和約束方程耦合和約束方程分析和載荷步選項分析和載荷步選項載荷和邊界條件載荷和邊界條件GUI 界面和標(biāo)題界面和標(biāo)題在建立帶有物理環(huán)境的模型時，要選擇相容在建立帶有物理環(huán)境的模型時，要選擇相容于所有物理場的單元類型。例如，于所有物理場的單元類型。例如， 8節(jié)點的節(jié)點的熱塊單元與熱塊單元與8節(jié)點的結(jié)構(gòu)塊單元相容，而不節(jié)點的結(jié)構(gòu)塊單元相容，而不與與10節(jié)點結(jié)構(gòu)單元相容節(jié)點結(jié)構(gòu)單元相容:yesno在使用降階單元形狀時要注意。

30、具有相同基本形狀的單元不一定支持該種單元的降階模式。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第42頁/共99頁第四十三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第43頁/共99頁第四十四頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。這種劃分方法在熱分析中可以得到滿意的溫度分布，但. . . . . 這樣的網(wǎng)格密度在結(jié)構(gòu)分析中才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第44頁/共99頁第四十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第45頁/共99頁第四十六頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。1熱模型自動轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)模型，使用熱模型自動轉(zhuǎn)換為結(jié)

31、構(gòu)模型，使用ETCHG 命令命令(見相應(yīng)單元表格見相應(yīng)單元表格)。溫度可以直接從熱分析結(jié)果文件讀溫度可以直接從熱分析結(jié)果文件讀出并使用出并使用LDREAD 命令施加到結(jié)構(gòu)模型上命令施加到結(jié)構(gòu)模型上。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第46頁/共99頁第四十七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第47頁/共99頁第四十八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。相同網(wǎng)格相同網(wǎng)格?5A. 將熱模型轉(zhuǎn)換為結(jié)將熱模型轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)模型構(gòu)模型 (ETCHG)5a. 清除熱網(wǎng)格并建立結(jié)清除熱網(wǎng)格并建立結(jié)構(gòu)網(wǎng)格構(gòu)網(wǎng)格Yes(Option 1)No (Option 2)5B. 讀入熱

32、載荷讀入熱載荷 (LDREAD)5b.寫節(jié)點文件寫節(jié)點文件(NWRITE) 并存儲結(jié)構(gòu)并存儲結(jié)構(gòu)文件文件5c.讀入熱模型并進行讀入熱模型并進行溫度插值溫度插值 (BFINT)5d. 讀入結(jié)構(gòu)模型并讀入讀入結(jié)構(gòu)模型并讀入體載荷文件體載荷文件 (/INPUT)6. 指定分析類型，分指定分析類型，分析選項和載荷步選項析選項和載荷步選項7. 指定參考溫度并施指定參考溫度并施加其它結(jié)構(gòu)載荷加其它結(jié)構(gòu)載荷8. 存儲并求解存儲并求解9. 后處理后處理結(jié)束結(jié)束 1.建立，加載，求解熱模型建立，加載，求解熱模型2.后處理確定要傳到結(jié)后處理確定要傳到結(jié)構(gòu)的溫度構(gòu)的溫度3. 設(shè)置設(shè)置 GUI過濾，改變過濾，改變工作

33、文件名并刪除熱工作文件名并刪除熱載荷，載荷， CEs, CPs4.定義結(jié)構(gòu)材料特性定義結(jié)構(gòu)材料特性開始開始 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第48頁/共99頁第四十九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。1.建立熱模型并進行瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)熱分析，得到節(jié)點上的溫度。建立熱模型并進行瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)熱分析，得到節(jié)點上的溫度。2.查看熱結(jié)果并確定大溫度梯度的時間點查看熱結(jié)果并確定大溫度梯度的時間點 (或載荷步或載荷步/子步子步)。3a. 將將GUI過濾設(shè)置為過濾設(shè)置為“Structural” 和和 “Thermal”。3b.改變工作文件名。改變工作文件名。213b下面是熱下面是熱-應(yīng)力分析的每步細(xì)節(jié)。應(yīng)力分析

34、的每步細(xì)節(jié)。3a結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第49頁/共99頁第五十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。3c. 刪除所有熱載荷刪除所有熱載荷3d. 刪除耦合序列和約束方程刪除耦合序列和約束方程3d3c結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第50頁/共99頁第五十一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。4. 定義結(jié)構(gòu)材料特性，包括定義結(jié)構(gòu)材料特性，包括熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù) (ALPX)。4非線性材料特性如塑性和蠕變在數(shù)據(jù)表格下定義結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第51頁/共99頁第五十二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。下面兩頁下面兩頁 (步驟步驟 5A 和和 5B)假設(shè)熱網(wǎng)格在結(jié)構(gòu)中同樣使

35、用假設(shè)熱網(wǎng)格在結(jié)構(gòu)中同樣使用 (選項選項 1).5A. 改變單元類型，從熱到結(jié)構(gòu)改變單元類型，從熱到結(jié)構(gòu) (ETCHG 命令命令):檢查實常數(shù)和單元選項是否正確。檢查實常數(shù)和單元選項是否正確。5AResets optionsRetains options結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第52頁/共99頁第五十三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。5B. 從熱分析中施加溫度體載荷從熱分析中施加溫度體載荷(LDREAD 命令命令):9. Solve current load step5B確定溫度結(jié)果文件確定結(jié)果的時間和子步結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第53頁/共99頁第五十四頁，編輯于星期

36、五：十九點 五十四分。下面六頁下面六頁 (步驟步驟 5a-5d) 假設(shè)熱網(wǎng)格不在結(jié)構(gòu)模型中使用假設(shè)熱網(wǎng)格不在結(jié)構(gòu)模型中使用 (選項選項2)。5a.清除熱網(wǎng)格清除熱網(wǎng)格 . . . 刪除熱單元類型并定義結(jié)構(gòu)單元類型刪除熱單元類型并定義結(jié)構(gòu)單元類型. . .改變網(wǎng)格控制并劃分結(jié)構(gòu)模型。改變網(wǎng)格控制并劃分結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第54頁/共99頁第五十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。5b.選擇溫度體載荷的所有節(jié)點并寫入節(jié)點文件。選擇溫度體載荷的所有節(jié)點并寫入節(jié)點文件。5b指定節(jié)點文件名結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第55頁/共99頁第五十六頁，編輯于星期五：十九點 五十

37、四分。5c.存儲結(jié)構(gòu)模型，將工作文件名改為熱工作文件名，讀入熱數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)模型，將工作文件名改為熱工作文件名，讀入熱數(shù)據(jù)庫. . .進入通用后處理器進入通用后處理器 . . . 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第56頁/共99頁第五十七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。讀入需要的結(jié)果序列，并讀入需要的結(jié)果序列，并 . . . 進行體載荷插值進行體載荷插值:節(jié)點文件名寫出的載荷文件名用于寫多個載荷文件使用體-體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第57頁/共99頁第五十八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。有些情況下熱網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格并不完全一致。這時，有些情況下熱網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格并不完全一致。

38、這時，ANSYS對超過熱模型的結(jié)構(gòu)模型節(jié)對超過熱模型的結(jié)構(gòu)模型節(jié)點進行體載荷點進行體載荷插值插值。缺省的判斷準(zhǔn)則是看插值的結(jié)構(gòu)節(jié)點到熱單元邊界的距離是否小于單元邊長的缺省的判斷準(zhǔn)則是看插值的結(jié)構(gòu)節(jié)點到熱單元邊界的距離是否小于單元邊長的0.5 倍。一個在倍。一個在5.4版版沒有寫入手冊的特性允許用戶控制該公差數(shù)值：沒有寫入手冊的特性允許用戶控制該公差數(shù)值： 本命令沒有本命令沒有GUI路徑。因此，命令只能在輸入窗口中手工輸入。路徑。因此，命令只能在輸入窗口中手工輸入。BFINT, Fname1, Ext1, Dir1, Fname2, Ext2, Dir2, KPOS, Clab, KSHS, E

39、XTOL例如: 如果結(jié)構(gòu)網(wǎng)格包括在熱模型中不存在的圓角時，許多節(jié)點將落在熱模型的外面。如果圓角足夠大而且熱模型足夠細(xì)致，圓角區(qū)域的載荷將不能寫出。Using the default tolerance, these two nodes would not be assigned a load熱網(wǎng)格熱網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊界結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊界結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第58頁/共99頁第五十九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。5d. 退出通用后處理器，將工作文件名改為結(jié)構(gòu)工作文件名，讀入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫退出通用后處理器，將工作文件名改為結(jié)構(gòu)工作文件名，讀入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫. . .進入求解器進入求解器 . .

40、.讀入載荷文件施加溫度載荷讀入載荷文件施加溫度載荷:結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第59頁/共99頁第六十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。6a.定義結(jié)構(gòu)分析類型定義結(jié)構(gòu)分析類型(缺省為靜態(tài)缺省為靜態(tài))6b.指定分析選項指定分析選項 (如求解器選項如求解器選項)6c.指定載荷步選項指定載荷步選項(如，輸出控制如，輸出控制)6a6b6c結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第60頁/共99頁第六十一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。7a.設(shè)置求解熱膨脹時自由應(yīng)變參考溫度設(shè)置求解熱膨脹時自由應(yīng)變參考溫度 (TREF):7結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第61頁/共99頁第六十二頁，編輯于星期

41、五：十九點 五十四分。7b.施加其它結(jié)構(gòu)載荷。施加其它結(jié)構(gòu)載荷。8.存儲模型并求解當(dāng)前載荷步。存儲模型并求解當(dāng)前載荷步。7b989. 結(jié)果后處理結(jié)果后處理:結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -熱耦合分析熱耦合分析第62頁/共99頁第六十三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第63頁/共99頁第六十四頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第64頁/共99頁第六十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第65頁/共99頁第六十六頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSA

42、NSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第66頁/共99頁第六十七頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第67頁/共99頁第六十八頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第68頁/共99頁第六十九頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析固耦合分析第69頁/共99頁第七十頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析示例固耦合分析示例第70頁/共99頁第七十一頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析示例固

43、耦合分析示例第71頁/共99頁第七十二頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析示例固耦合分析示例第72頁/共99頁第七十三頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析示例固耦合分析示例第73頁/共99頁第七十四頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。 固定支撐：為確保薄板的底部固定于平板，需要設(shè)置固定支撐條件。1.右擊目錄樹中Transient Stress，在快捷菜單中選擇Insert Fixed Support2.用旋轉(zhuǎn)鍵 旋轉(zhuǎn)幾何模型，以便可以看見模型底面（low-y），然后選擇 并點擊底面（low-y）3.在Details窗口，選擇Geometry，然后點擊No Selection使Apply按鈕出現(xiàn)（如果需要）。點擊Apply以設(shè)置固支。ANSYSANSYS流流- -固耦合分析示例固耦合分析示例第74頁/共99頁第七十五頁，編輯于星期五：十九點 五十四分。ANSYS