石油大學(xué)有限元ansysM熱分析

1、熱熱 分分 析析第第 6 章章INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-2熱分析熱分析本章簡(jiǎn)述了進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析的過(guò)程本章簡(jiǎn)述了進(jìn)行穩(wěn)態(tài)

2、熱分析的過(guò)程.有兩方面的目的有兩方面的目的: 重申第重申第4章所介紹的典型分析步驟章所介紹的典型分析步驟. 介紹熱荷載與邊界條件介紹熱荷載與邊界條件.包括的主題包括的主題:A. 概述概述B. 過(guò)程過(guò)程C. 專題討論專題討論INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANS

3、YS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-3熱分析熱分析A. 概述概述熱分析用于確定結(jié)構(gòu)中溫度分布、熱分析用于確定結(jié)構(gòu)中溫度分布、 溫度梯度、熱流以及其它類溫度梯度、熱流以及其它類似的量似的量.熱分析可能是穩(wěn)態(tài)的或瞬態(tài)的熱分析可能是穩(wěn)態(tài)的或瞬態(tài)的.穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 是指荷載條件已被是指荷載條件已被“設(shè)置設(shè)置”成穩(wěn)定狀態(tài)，幾乎不隨時(shí)間變化成穩(wěn)定狀態(tài)，幾乎不隨時(shí)間變化 . 如如: 鐵獲得了預(yù)先設(shè)置的溫度鐵獲得了預(yù)先設(shè)置的溫度.瞬態(tài)瞬態(tài)* 指條件隨時(shí)間變化而變化指條件隨時(shí)間變化而變化. 如如: 鑄造中金屬?gòu)娜廴跔顟B(tài)變?yōu)殍T

4、造中金屬?gòu)娜廴跔顟B(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的冷卻過(guò)程固態(tài)的冷卻過(guò)程.* Not covered in this courseINTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #

5、0014416-4熱分析熱分析.概述概述熱荷載條件可能是熱荷載條件可能是:溫度溫度模型區(qū)溫度已知模型區(qū)溫度已知.對(duì)流對(duì)流表面的熱傳遞給周圍的流體通過(guò)對(duì)流。輸入對(duì)流換表面的熱傳遞給周圍的流體通過(guò)對(duì)流。輸入對(duì)流換熱系數(shù)熱系數(shù)h和環(huán)境流體的和環(huán)境流體的 平均溫度平均溫度Tb 熱通量熱通量*單位面積上的熱流率已知的面單位面積上的熱流率已知的面.熱流率熱流率*熱流率已知的點(diǎn)熱流率已知的點(diǎn).熱生成率熱生成率*體的生熱率已知的區(qū)域體的生熱率已知的區(qū)域.熱輻射熱輻射*通過(guò)輻射產(chǎn)生熱傳遞的面通過(guò)輻射產(chǎn)生熱傳遞的面. 輸入輻射系數(shù)輸入輻射系數(shù), Stefan-Boltzmann 常數(shù)常數(shù), “空間節(jié)點(diǎn)空間節(jié)點(diǎn)”的

6、溫度作為可選項(xiàng)的溫度作為可選項(xiàng)輸入輸入.絕熱面絕熱面“完全絕熱完全絕熱”面，該面上不發(fā)生熱傳遞面，該面上不發(fā)生熱傳遞.* Not covered in this courseINTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training

7、ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-5熱分析熱分析B. 分析過(guò)程分析過(guò)程穩(wěn)態(tài)熱分析過(guò)程和靜力分析類似穩(wěn)態(tài)熱分析過(guò)程和靜力分析類似: 分析過(guò)程分析過(guò)程 幾何尺寸（模型）幾何尺寸（模型） 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 求解求解 荷載條件荷載條件 求解求解 后處理后處理 查看結(jié)果查看結(jié)果 檢查結(jié)果是否正確檢查結(jié)果是否正確通過(guò)通過(guò)(Main Menu Preferences)把圖形用戶界面的優(yōu)先級(jí)設(shè)置成熱把圖形用戶界面的優(yōu)先級(jí)設(shè)置成熱分析分析.INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - P

8、art 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-6熱分析熱分析 - 過(guò)程過(guò)程前處理前處理幾何尺寸（模型）幾何尺寸（模型）既可用既可用ANSYS建立模型，也可用其它方法建好模型后導(dǎo)入建立模型，也可用其它方法建好模型后導(dǎo)入.模型建好后，以上兩種建模方法的具體過(guò)程將不再顯

9、示模型建好后，以上兩種建模方法的具體過(guò)程將不再顯示.INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-7熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程.前處理前處理

10、劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格首先定義單元屬性首先定義單元屬性: 單元類型單元類型, 實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù), 材料屬性材料屬性.單元類型單元類型 下表給出了常用的熱單元類型下表給出了常用的熱單元類型. 每個(gè)結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度每個(gè)結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度: 溫度溫度2-D Solid3-D Solid3-D ShellLine ElementsLinearPLANE55 SOLID70 SHELL57 LINK31,32,33,34QuadraticPLANE77 PLANE35 SOLID90 SOLID87 常用的熱單元類型INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION T

11、O ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-8熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程.前處理前處理材料屬性材料屬性 必須輸入導(dǎo)熱系數(shù)必須輸入導(dǎo)熱系數(shù), KXX. 如果施加了內(nèi)部熱生成率，則需指定比熱如果施加了內(nèi)部熱生成率，則需指定比熱 (C).

12、ANSYS提供的材料庫(kù)提供的材料庫(kù) (/ansys57/matlib)包括幾種常用材料的結(jié)構(gòu)屬性包括幾種常用材料的結(jié)構(gòu)屬性 和熱屬性和熱屬性, 但是建議用戶創(chuàng)建、使用自己的材料庫(kù)但是建議用戶創(chuàng)建、使用自己的材料庫(kù). 把優(yōu)先設(shè)置為把優(yōu)先設(shè)置為 “熱分析熱分析” ，使材料模型圖形用戶界面只顯示材料的熱，使材料模型圖形用戶界面只顯示材料的熱屬性屬性.實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù) 主要應(yīng)用于殼單元和線單元主要應(yīng)用于殼單元和線單元.INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 -

13、 Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-9熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程.前處理前處理劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件. 使用使用 MeshTool 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格. 使用缺省的智能網(wǎng)格劃分級(jí)別使用缺省的智能網(wǎng)格劃分級(jí)別6可以生成很可以生成很好的初始網(wǎng)格好的初始網(wǎng)格.至此完成前處理，下面開(kāi)始求解至此完成前處理，下

14、面開(kāi)始求解.INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-10熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程求解求解荷載荷載指定的溫度指定的溫度 熱分析的自由度

15、約束熱分析的自由度約束 Solution -Loads-Apply Temperature 或或 D 命令系列命令系列 (DA, DL, D)熱流熱流 這些是面荷載這些是面荷載 Solution -Loads-Apply Convection 或或 SF命令系列命令系列(SFA, SFL, SF, SFE)INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTI

16、ON TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-11熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程.求解求解絕熱面絕熱面 “完全絕熱完全絕熱”面，該面上不發(fā)生熱傳遞面，該面上不發(fā)生熱傳遞. 這是這是缺省缺省條件條件, 如如,沒(méi)有指定邊界條件的任何一個(gè)面都被自動(dòng)作為絕熱沒(méi)有指定邊界條件的任何一個(gè)面都被自動(dòng)作為絕熱面處理面處理.其它可能的熱荷載其它可能的熱荷載: 熱通量熱通量 (BTU / (hr-in2) 熱流熱流 (BTU / hr) 熱生成率熱生成

17、率 (BTU / (hr-in3) 熱輻射熱輻射 (BTU / hr)INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-12熱分析熱分析 -過(guò)

18、程過(guò)程.求解求解求解求解首先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)文件首先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)文件.然后輸入然后輸入 SOLVE 命令或點(diǎn)擊菜單命令或點(diǎn)擊菜單 Solution -Solve- Current LS. 結(jié)果被寫(xiě)入結(jié)果文件結(jié)果被寫(xiě)入結(jié)果文件, jobname.rth, 該結(jié)果文件同時(shí)也寫(xiě)入內(nèi)存中的該結(jié)果文件同時(shí)也寫(xiě)入內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫(kù)文件數(shù)據(jù)庫(kù)文件.至此完成求解過(guò)程至此完成求解過(guò)程. 下面進(jìn)入后處理部分下面進(jìn)入后處理部分.INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part

19、1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-13熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程后處理后處理查看結(jié)果查看結(jié)果典型的等值線繪圖包括溫度等值線，溫度梯度等值線和熱通量等值典型的等值線繪圖包括溫度等值線，溫度梯度等值線和熱通量等值線線 General Postproc Plot Results Nodal Solu (或或 Element Solu)

20、 或用或用 PLNSOL (或或 PLESOL)INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #0014416-14熱分析熱分析 -過(guò)程過(guò)程.后處理后處理對(duì)對(duì)3-D 實(shí)體模型繪制云圖時(shí)，選項(xiàng)實(shí)體模型繪制云圖時(shí)，選項(xiàng)isosurfaces (