ANSYS熱分析指南-ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析

10ANSYS 穩(wěn)態(tài)傳熱的定義ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在進展瞬態(tài)熱分析以前，進展穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。也可以在全部瞬態(tài)效應(yīng)消逝后，將穩(wěn)態(tài)熱分析作為瞬態(tài)熱分析的最終一步進展分析。穩(wěn)態(tài)熱分析可以計算確定由于不隨時間變化的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)。這些熱載荷包括：對流輻熱流密度〔單位面積熱流〕熱生成率〔單位體積熱流〕固定溫度的邊界條件穩(wěn)態(tài)熱分析可用于材料屬性固定不變的線性問題和材料性質(zhì)隨溫度變化的非線性問題。事實上，大多數(shù)材料的熱性能都隨溫度變化，因此在通常狀況下，熱分析都是非線性的。固然，假設(shè)在分析中考慮輻射，則分析也是非線性的。熱分析的單元ANSYSANSYS/Professional40析。有關(guān)單元的具體描述請參考《ANSYSElementReference》，該手冊以單元編號來表達單元，第一個單元是LINK1。單元名承受大寫，全部的單元都可用于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析。其中SOLID70單元還具有補償在恒定速度場下由于傳質(zhì)導(dǎo)致的熱流的功能。這些熱分析單元如下：3-1單元維數(shù)外形及特點自由度PLANE35二維六節(jié)點三角形單元溫度〔每個節(jié)點〕PLANE55二維四節(jié)點四邊形單元溫度〔每個節(jié)點〕PLANE75二維四節(jié)點諧單元溫度〔每個節(jié)點〕PLANE77二維八節(jié)點四邊形單元溫度〔每個節(jié)點〕PLANE38二維八節(jié)點諧單元溫度〔每個節(jié)點〕3-2單元單元維數(shù)外形及特點自由度SOLID70SOLID70三維八節(jié)點六面體單元溫度〔每個節(jié)點〕SOLID87三維十節(jié)點四周體單元溫度〔每個節(jié)點〕SOLID90三維二十節(jié)點六單元溫度〔每個節(jié)點〕3-3單元單元維數(shù)外形及特點自由度LINK31二維或三維二節(jié)點線單元溫度〔每個節(jié)點〕3-4單元維數(shù)外形及特點 自由度LINK32二維二節(jié)點線單元 溫度〔每個節(jié)點〕LINK33三維二節(jié)點線單元 溫度〔每個節(jié)點〕3-5單元維數(shù)外形及特點 自由度LINK34三維二節(jié)點線單元 溫度〔每個節(jié)點〕3-6單元單元維數(shù)外形及特點自由度SHELL57三維四節(jié)點四邊形單元溫度〔每個節(jié)點〕3-7單元維數(shù)外形及特點自由度PLANE13二維四節(jié)點熱－應(yīng)力耦合單元溫度、構(gòu)造位移、電位、磁矢量位CONTACT48二維三節(jié)點熱－應(yīng)力接觸單元溫度、構(gòu)造位移CONTACT49三維熱－應(yīng)力接觸單元溫度、構(gòu)造位移FLUID116三維二或四節(jié)點熱－流單元溫度、壓力SOLID5三維八節(jié)點熱－應(yīng)力和熱－電單元溫度、構(gòu)造位移、電位、磁標量位SOLID98三維十節(jié)點熱－應(yīng)力和熱－電單元溫度、構(gòu)造位移、電位、磁矢量位PLANE67二維四節(jié)點熱－電單元溫度、電位LINK68三維兩節(jié)點熱－電單元溫度、電位SOLID69三維八節(jié)點熱－電單元溫度、電位SHELL157三四節(jié)點熱－電單元溫度、電位維維3-8單元單元維數(shù)外形及特點自由度一個節(jié)點的質(zhì)量MASS71一維到三維溫度單元溫度、構(gòu)造位COMBINE37四節(jié)點把握單元移、轉(zhuǎn)動、壓力二到四節(jié)點面效SURF151二維溫度應(yīng)單元四到九節(jié)點面效SURF152三維溫度應(yīng)單元由包括在超單沒有固定外形的由包括在超單MATRIX50元中的單元類矩陣或輻射矩陣元中的單元類型打算超單元型打算二節(jié)點無限邊界INFIN9二維溫度、磁矢量位單元四節(jié)點無限邊界INFIN47三維溫度、磁矢量位單元兩節(jié)點彈簧－阻溫度、構(gòu)造位COMBINE14一維到三維尼單元移、轉(zhuǎn)動、壓力COMBINE39

兩節(jié)點非線性彈溫度、構(gòu)造位簧單元 COMBINE40一維

溫度、構(gòu)造位熱分析的根本過程ANSYS熱分析包含如下三個主要步驟：前處理：建模后處理：查看結(jié)果以下的內(nèi)容將表達如何執(zhí)行上面的步驟。首先，對每一步的任務(wù)進展總體的介紹，然后通過一個管接處的穩(wěn)態(tài)熱分析的實例來引導(dǎo)讀者如何按照GUI路徑逐步完成一個穩(wěn)態(tài)熱分析。最終，本章供給了該實例等效的命令流文件。建模jobname和title；然后在前處理器〔PREP7〕中定義單元類型，單元實常數(shù)，材料屬性以及建立幾何實體?！禔NSYSModelingandMeshingGuide》中對本局部有具體說明。對于熱分析有：命令：ETGUI：MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete定義固定材料屬性命令：MPGUI：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Thermal定義溫度相關(guān)的材料屬性，首先要定義溫度表，然后定義對應(yīng)的材料屬性值。通過下面的方法定義溫度表命令：MPTEMP或MPTEGN，然后定義對應(yīng)的材料屬性，使用MPDATAGUI：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Thermal對于溫度相關(guān)的對流換熱系數(shù)也是通過上述的GUI路徑和命令來定義的。留意--假設(shè)以多項式的形式定義了與溫度相關(guān)的膜系數(shù)，則在定義其它具有固定屬性的材料之前，必需定義一個溫度表。創(chuàng)立幾何模型及劃分劃分網(wǎng)格的過程，請參閱《ANSYSModelingandMeshingGuide》施加荷載和求解在這一步驟中，必需指定所要進展的分析類型及其選項，對模型施加荷載，定義荷載選項，最終執(zhí)行求解。指定分析類型在這一步中，可以如下指定分析類型：GUI:MainMenu>Solution>NewAnalysis>Steady-state(static)命令：ANTYPE,STATIC,NEW假設(shè)是重啟動以前的分析，比方，附加一個荷載。命令：ANTYPE,STATIC,rest。〔條件是從前分析的jobname.ESAVjobname.DB等文件是可以利用的〕施加荷載可以直接在實體模型〔點、線、面、體〕或有限元模型〔節(jié)點和單元〕上施加載荷和邊界條件，這些載荷和邊界條件可以是單值的，也可以是用表格或函數(shù)的方式來定義簡潔的邊界條件，詳見《ANSYS根本分析過程指南》?？梢远x以下五種熱載荷：恒定的溫度(TEMP)通常作為自由度約束施加于溫度的邊界上。熱流率〔HEAT〕熱流率作為節(jié)點集中載荷，主要用于線單元〔如傳導(dǎo)桿、輻射連接單元等假設(shè)輸入的值為正，表示熱流流入節(jié)點，即單元獵取熱量。假設(shè)溫度與熱流率同時施加在一節(jié)點上，則溫度約束條件優(yōu)先。留意--假設(shè)在實體單元的某一節(jié)點上施加熱流率，則此節(jié)點四周的單元應(yīng)當(dāng)密一些；特別是與該節(jié)點相連的單元的導(dǎo)熱系數(shù)差異很大時，尤其要留意，不然可能會得到特別的溫度值。因此，只要有可能，都應(yīng)當(dāng)使用熱生成或熱流密度邊界條件，這些熱荷載即使是在網(wǎng)格較為粗糙的時候都能得到較好的結(jié)果。對流〔CONV〕對流邊界條件作為面載施加于分析模型的外外表上，用于計算與模型LINK34熱流密度〔HEAT〕熱流密度也是一種面載荷。當(dāng)通過單位面積的熱流率或通過FLOTRANCFD的計算可得到時，可以在模型相應(yīng)的外外表或外表效應(yīng)單元上施加熱流密度。假設(shè)輸入的值為正，表示熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實體和殼單元。單元的外表可以施加熱流密度也可以施加對流，但ANSYS熱生成率〔HGEN〕熱生成率作為體載施加于單元上，可以模擬單元內(nèi)的熱生成，比方化學(xué)反響生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。下表總結(jié)了在熱分析中的載荷類型：3-9熱荷載類型命命類載荷類型令GUI別族溫度約MainMenu>Solution>-Loads-Apply>D(TEMP)束-Thermal-Temperature熱流率MainMenu>Solution>-Loads-Apply>F(HEAT)-Thermal-HeatFlow對流面MainMenu>Solution>-Loads-Apply>SF(CONV),載-Thermal-ConvectionMain熱流密度荷熱流密度荷Menu>Solution>-Loads-Apply>(HFLUX)-Thermal-HeatFlux體熱生成率MainMenu>Solution>-Loads-Apply>BF(HGEN)-Thermal-HeatGenerat荷下表具體列出了熱分析中用于施加載荷，刪除載荷，對載荷進展操作、列表的所以命令：關(guān)溫體DK關(guān)溫體DKDKDELEDKLISTDTRAN--度模點型實體載或荷類有實施限體加刪除列表顯運算 設(shè)置示型元模型實有有限節(jié)“元DDDELEDLISTDSCALEDCUMTUNIF點模型實熱關(guān)體流FKFKDELEFKLISTFTRAN--模率點型有限節(jié)“元FFDELEFLISTFSCALEFCUM點模型對實熱體流模密型度“SFALISTSFTRANSFGRAD體體模型有限節(jié)“元SFSFDELESFLISTSFSCALESFGRADSFCUM點模型有限單“元SFESFEDELESFELISTSFSCALESFBEAMSFCUMSFFUNSFGRAD元模型實生關(guān)體熱BFKBFKDELEBFKLISTBFTRAN--模率點型實體“BFLBFLDELEBFLLISTBFTRAN--模型實實體“BFABFADELEBFALISTBFTRAN--模型實體“BFVBFVDELEBFVLISTBFTRAN--模型有限節(jié)“元BFBFDELEBFLISTBFSCALEBFCUM點模型單““BFEBFEDELEBFELISTBFSCALEBFCUM元承受表格和函數(shù)邊界條件除了一般的使用表格來定義邊界條件的方法，本節(jié)爭論熱分析中特有的一些問題。關(guān)于定義表參數(shù)的具體表達，請參考《ANSYSAPDLProgrammer’sGuide》。本節(jié)內(nèi)容對單元類型沒有特別的限制。下表列出了熱分析中能夠用于每一種邊界條件的自變量：3-11熱邊界條件命令族自變量固定溫度DTIME,X,Y,Z熱流FTIME,X,Y,Z,TEMP流)SFTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITYSFTIME,X,Y,Z熱流密度SFTIME,X,Y,Z,TEMP熱生成BFTIME,X,Y,Z,TEMP流體單元(FLUID116)流率SFE流體單元(FLUID116)流率SFETIME壓力DTIME,X,Y,Z為了使用更加靈敏的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可以使用函數(shù)的方式來定義邊界條件。有關(guān)這種用法的具體說明，可以參考《ANSYSBasicAnalysis數(shù)作為函數(shù)的自變量：外表溫度〔TS〕〔SURF151、SURF152單元的外表溫度〕密度〔〕〔DENS〕比熱〔C〕導(dǎo)熱率〔材料屬性kxx〕導(dǎo)熱率〔材料屬性kyy〕導(dǎo)熱率〔材料屬性kzz〕粘度〔μ〕輻射率〔材料屬性ε〕定義載荷步選項對于一個熱分析，可以確定通用選項、非線性選項以及輸出把握。下表列出了熱分析中可能用到的載荷步選項：3-12選項選項命令GUI通用選項MainMainMenu>Solution>-LoadStep時間TIMEOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStepMainMenu>Solution>-LoadStep時間步數(shù)NSUBSTOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstpsMainMenu>Solution>-LoadStep時間步長DELTIMOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStepMainMenu>Solution>-LoadStep階躍或斜KBCOpts-Time坡加載/Frequenc>Time-TimeStep非線性選項最大平衡MainMenu>Solution>-LoadStepOptsNEQIT迭代數(shù)-Nonlinear>EquilibriumIterMainMenu>Solution>-LoadStep自動時間AUTOTSOpts-Time步長/Frequenc>Time-TimeStep收斂容差CNVTOL

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nonlinear>ConvergenceCrit求解中斷

NCNV

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts選項 -Nonlinear>CriteriatoStop線性搜尋

LNSRCH

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts選項 -Nonlinear>LineSearch正因子

PRED

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nonlinear>Predictor輸出把握選項打印輸出OUTPR

MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>SoluPrintout數(shù)據(jù)庫和 MainMenu>Solution>-LoadStep結(jié)果文件OUTRESOpts-Output輸出 Ctrls>DB/ResultsFileMainMenu>Solution>-LoadStepERESXOpts-OutputCtrls>IntegrationPt通用選項時間選項該選項定義載荷步的完畢時間，雖然對于穩(wěn)態(tài)熱分析來說，時間選項并沒有實際的物理意義，但它供給了一個便利的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。1.0，此后的荷載步對應(yīng)的時1.0。每載荷步中子步的數(shù)量或時間步大小對于非線性分析，每一載荷步需要多個子步。缺省狀況下每個荷載步有一個子步。階躍或斜坡加載假設(shè)定義階躍載荷，則載荷值在這個載荷步內(nèi)保持不變；假設(shè)為斜坡加載，則載荷值在當(dāng)前載荷步的每一子步內(nèi)線性變化。非線性選項假設(shè)存在非線性則需要定義非線性荷載步選項，包括平衡迭代次數(shù)本選項設(shè)置每一子步允許的最大迭代次數(shù)，默認值為25，對大多數(shù)非線性熱分析問題已經(jīng)足夠。自動時間步長對于非線性問題，可以自動設(shè)定子步間載荷的增量，保證求解的穩(wěn)定性和準確性。收斂容差只要運算滿足所說明的收斂判據(jù)，程序就認為它收斂，收斂判據(jù)可以基于溫度、也可以是熱流率，或二者都有。在實際定義時，需要說明一個典型值(CNVTOLVALUE(TOLERVALUE*TOLER的值視為收斂判據(jù)。例如，如說明溫度的典型值為500，容差0.0010.5對于溫度，ANSYS將連續(xù)兩次平衡迭代之間節(jié)點上溫度的變化量〔假設(shè)在某兩次平衡迭代間，每個節(jié)點的溫度變化都小于0.5〔對于熱流率，ANSYS比較不平衡載荷矢量與收斂標準。不平衡載荷矢量表示所施加的熱流與內(nèi)部〔計算〕熱流之間的差值。ANSYS公司推舉VALUE值由缺省確定，TOLER的值缺省為1.0e-3。求解完畢選項假設(shè)在規(guī)定平衡迭代數(shù)內(nèi)，其解并不收斂，那么ANSYS程序會依據(jù)用戶設(shè)置的終止選項，來打算程序停頓計算或是連續(xù)進展下一個載荷步。線性搜尋設(shè)置本選項可使ANSYS用Newton-Raphson方法進展線性搜尋推想－矯正本選項在每一子步的第一次迭代時，對自由度求解進展推想矯正。用圖形跟蹤收斂ANSYS并與相應(yīng)的收斂標準比較。不管是使用在批處理還是交互式方式的方法，都可以在計算過程中，使用圖形求解跟蹤〔GST〕來顯示計算的收斂范數(shù)和收斂標準。在交互式時，缺省為圖形求解跟蹤〔GST〕翻開，批處理運GSTGST：命令：/GSTGUI：MainMenu>Solution>LoadStepOpts-OutputCtrls>GrphSoluTrack以以下圖是一個典型的GST圖形。3-1GST輸出把握把握打印輸出本選項把握將何種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到打印輸出文件〔jobname.out〕中。把握數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件輸出該選項把握將何種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到結(jié)果文件〔jobname.rth〕中。外推結(jié)果該選項可將單元積分點結(jié)果拷貝到節(jié)點上，而不是按常規(guī)的方式外推到節(jié)點上〔缺省承受外推方式〕。定義分析選項可考慮的分析選項有：Newton-Raphson選項。該選項僅對非線性分析有用，用以定義在求解過程中切線矩陣的更頻率，有四種選擇：〕2．Full〔完全法〕Modified〔修正法〕InitialStiffness〔初適剛度法〕留意--對于單物理場非線性熱分析，ANSYSN-R/關(guān)閉N-R〔只對全N-R法有效方發(fā)如下：命令：NROPTGUI：MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions選擇求解器ANSYS1．Sparse〔靜態(tài)和全瞬態(tài)分析的默認求解器〕2．Frontal3．JacobiConjugateGradient(JCG)求解器4．JCGout-of-memory5．IncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)求解器6．Pre-ConditionedConjugateGradient(PCG)求解器7．PCGout-of-memory8．AlgebraicMultigrid(AMG)求解器9．DistributedDomainSolver(DDS)求解器10．Iterative〔程序自動選擇求解器〕留意--AMGDDSANSYS在《ANSYSAdvancedAnalysisTechniquesGuide》中對并行求解有更具體描述。選擇求解器的方法如下：命令：EQSLVGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions留意：對于不含超單元〔輻射分析中用AUX12可產(chǎn)生超單元〕的熱分析模型，可選用Iterative〔快速求解〕求解器，但對于含相變的傳熱問題，則不建議承受〔可用sparse或frontal求解器〕。該求解器在解算Jobname.EMAT和Jobname.EROT定義溫度偏移溫度偏移為當(dāng)前所承受溫度系統(tǒng)的零度與確定零度之間的差值。溫度偏移包含在相關(guān)單元〔諸如有輻射效應(yīng)或蠕變特性的的單元〕計算中。偏移溫度輸入可以是攝氏度，也可以是華氏度，在進展熱輻射分析時，要將目前的溫度值換算為確定溫度。假設(shè)使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)定為273；假設(shè)使用的是華氏度，則為460。在后處理中，不同的溫度可以用同樣的方法進展處理。設(shè)置溫度偏移的方式如下：命令：TOFFSTGUI：MainMenu>Solution>AnalysisOptions保存模型在完成了加載和指定分析類型后，通常建議保存數(shù)據(jù)庫文件，以備在求解過程中由于計算機系統(tǒng)故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)喪失后能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。SAVEGUI:點擊ANSYSSAVE_DB求解SOLVEGUI:MainMenu>Solution>CurrentLS后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入熱結(jié)果文件jobname.rth下數(shù)據(jù):導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點及單元的熱流密度(TFX,TFY,TFZ,TFSUM)節(jié)點及單元的熱梯度(TGX,TGY,TGZ,TGSUM)單元熱流率其它可以用通用后處理器POST1進展后處理，下面將表達在熱分析中典型的后處理功能。關(guān)于后處理的完整描述，可參閱《ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide》。留意：在通用后處理器中查看結(jié)果時，數(shù)據(jù)庫必需與結(jié)果有一樣的模型〔可以使用命令RESUME恢復(fù)模型〕。此外，結(jié)果文件jobname.rth必需可用。讀入結(jié)果進入POST1后，首先應(yīng)讀入想要看的載荷步和子步的計算結(jié)果：SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-ByLoadStep可通過編號選擇要讀入的載荷步，可以直接讀入第一載荷步、或最終載荷步、或下一載荷步等。假設(shè)是使用GUI，將會消滅一個對話框提示選SETTIME域可讀入指定時刻的計算結(jié)果，如在指定時刻無計算結(jié)果，則程序依據(jù)四周時間點的值線性插值計算得到此時刻的結(jié)果。查看結(jié)果圖3-2結(jié)果顯示云圖彩色云圖顯示命令：PLESOL，PLETAB或PLNSOLGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ElementSoluMainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ElemTableMainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu矢量圖顯示命令：PLVECTGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Pre-definedorUserdefined3-2列表顯示命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOLGUI：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu穩(wěn)態(tài)熱分析的實例1－帶接收的圓筒罐本例表達了如何逐步對一個帶接收的圓筒罐進展穩(wěn)態(tài)熱分析，包括批GUI問題描述本例題的主要局部為一個圓筒形罐，其上沿徑向有一材料一樣的接收〔如圖4所所示〕，罐內(nèi)流淌著450°F〔232°C〕的高溫流體，接收內(nèi)流淌著100°F〔38°C〕的低溫流體，兩個流體區(qū)域由薄壁管隔離。罐的對流換熱系數(shù)為250Btu/hr-ft2-oF〔1420watts/m2°K〕，接收的對流換熱系數(shù)隨管壁溫度而變，它的熱物理性能如表3-13所示。要求計算罐與接收的溫度分布。留意：留意：本例只是很多可能的熱分析中的一個，并不是全部的熱分析都完全依據(jù)與本例一樣的步驟。材料屬性及其四周的環(huán)境條件打算了一個分析應(yīng)當(dāng)包括哪些步驟。3-13溫度溫度70200300400500oF密度0.2850.2850.2850.2850.285lb/i3導(dǎo)熱系數(shù)8.358.909.359.810.23Btu/hr-ft-oF比熱0.1130.1170.1190.1220.125Btu/lboF對流換熱系426405352275221Btu/hr-ft2-oF數(shù)3-3〔全部單位均為英制〕分析方法取四分之一對稱模型進展分析。假定罐體足夠長，使其端部溫度能保持常數(shù)華氏450度。同樣的假設(shè)也用于Y=0的平面上。建模時，先定義兩個圓柱體，再進展“overlap”布爾運算。承受映射網(wǎng)格劃分〔全六面體網(wǎng)格〕，分網(wǎng)時可能會消滅警告信息說有扭曲單元存在，但可以不理睬〔兩個柱體相交處。由于材料性質(zhì)與溫度相關(guān)，該分析需要多個子載荷步〔本例用了50個子載荷步〕，同時，承受了自動時間步長功能。求解完畢后，溫度云圖和熱流密度向量圖具體顯示了計算結(jié)果。菜單操作過程設(shè)置分析標題1、選擇“UtilityMenu>File>ChangeTitle”。2、輸入“Steady-Stateanalysisofpipejunction”，點擊“OK”。設(shè)置單位制在命令提示行輸入/UNITS,BIN〔該命令無法通過菜單完成〕。定義單元類型1“MainMenu>Preprocesor>ElementType>Add/Edit/Delete”。2Add,翻開單元類型庫對話框。3ThermalSolid，Brick20node90OKClose關(guān)閉單元選擇菜單。定義材料屬性1、選擇“MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”Thermal2、點擊Density，彈出一個對話框，在DENS框中輸入0.285，材料編13、在材料定義窗口中挨次雙擊Conductivity，Isotropic，彈出一個對話框。4AddTemperature按鈕四次，增加四列。5T1T5域，分別輸入溫度值：70，200，300，400，500，選Ctrl-C6、在KXX框中，按溫度的挨次，序列輸入以下值〔留意，各KXX值都12，以保證單位制全都〕：8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12。7、在材料定義窗口中雙擊SpecificHeat，彈出一個對話框8AddTemperature按鈕四次，增加四列9T1Ctrl-v510C0.113，0.117，0.119，0.122，0.12511、在材料定義窗口中選擇Material>NewModel，建立材料號212Convection或FilmCoef13AddTemperature按鈕四次，增加四列14T1域，用Ctrl-v515HF〔對流換熱系數(shù)〔注HF值都要除以1144444275/144221/144；16、點擊Graph按鈕，查看對流換熱系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線，然后點擊OK17、在材料定義窗口中選擇Material>Exit退出材料定義窗口18SAVE_DB定義幾何模型參數(shù)選擇“UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters”，輸入ri1=1.3，ro1=1.5，z1=2，ri2=0.4，ro2=0.5，z2=2；然后點擊Close。創(chuàng)立幾何模型1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>ByDimensions”,在彈出菜單的Outerradius框中輸入ro1，Optionalinnerradiumri1，Zcoordinates0Z1，Endingangle90。2、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements”，在“XY,YZ,ZXAngles”0,-90。3、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>ByDimensions”，Outerradiusro2，Optionalinnerradiumri2，Zcoordinates0Z2，Startingangle入-90，Endingangle0。4、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian”。進展布爾運算選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->Overlap>VolumesPickAll。觀看幾何模型1、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering”，將volumes設(shè)置為ON。2“UtilityMenu>PlotCtrls>ViewDirection”，在“Coordsofviewpoint”框中輸入-3,-1,1。3SAVE_DB刪除多余實體選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Delete>VolumeandBelow”，3,4創(chuàng)立組件AREMOTE本步將選擇圓罐的Y,Z端面，并將它們定義為一個組件AREMOTE。1、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，翻開選擇實體對話框。2Area，Bylocation，ZCoordinates，在“Min，Max”Z1FromFullAPPLY。3YCoordinates，在“Min，Max”框中輸入AlsoSelectOK。4“UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>CreateComponent”，在“Componentname”框中輸入AREMOTE，在“Componentsismadeof”AREA將線疊加在面上顯示1、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering”，翻開Area和Line的編號2、選擇“UtilityMenu>Plot>Areas”3、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>EraseOptions”，將ErasebetweenPlotsOff4、選擇“UtilityMenu>Plot>Lines”5、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>EraseOptions”，將ErasebetweenPlotsOn連接面及線為劃分映射式網(wǎng)格，連接端部的面和線。1“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->-Concatenate-Area”，選擇Pickall。2、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Concatenate->Lines”，拾取127〔12,7〕，APPLY105號線〔10,5〕，OK。設(shè)定網(wǎng)格密度1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>PickedLines”，620，OK，在No.ofelementdivisions4，OK。2、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>PickedLines”，40，點擊OK，在No.ofelementdivisions框中輸入6，點擊OK。3、選擇“UtilityMenu>Select>Everything”。4、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>-Global->Size”，elementedgelength0.4，點擊OK。劃分網(wǎng)格1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-MeshTool”，彈出“MeshTool”Hex，Mapped。2、點擊Mesh，選擇PickAll。ANSYS對實體劃分網(wǎng)格后，將會彈出一Close3、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering”，將Line,Area,andVolumeOffOK。4SAVE_DB定義求解類型及選項1、選擇“MainMenu>Solution>-AnalysisType->NewAnalysis”，點擊OK〔Steady-State〕。2、選擇“MainMenu>Solution>-AnalysisOptions”，點擊OKNewton-Raphsonoption〔Program-chosen〕。設(shè)定均一的起始溫度選擇“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature>UniformTemp”，Uniformtemperature450。施加對流載荷1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical”。2、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，在對話框中自上而下依次選擇：NodesBylocation，X，在“Min，Max”ri1，F(xiàn)romFull，點擊OK。3、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Convection>OnNodes”，PickAll，在“Filmcoefficient”和“Bulktemperature”框中分別輸入250/144及450，點擊OK。AREMOTE1、選擇“UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>SelectComp/Assembly”，點擊OK以選中AREMOTE〔當(dāng)前只有一個組件〕。2、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，在對話框中自上而下依次選擇：Nodes，Attachedto，Area，AllFromFullOK。3、選擇“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature>OnNodes”，選擇PickallLoadTEMPvalue450，OK。施加與溫度有關(guān)的對流邊界條件在接收的內(nèi)外表施加隨溫度變化的對流邊界條件。1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements”，在“XY,YZ,ZXAngles”0,-90OK。2、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtWPOrigin”TypeofcoordinatesystemCylindrical1OK。3、選擇“UtilityMenu>SelectEntities”，在對話框中自上而下依次選擇：Nodes，Bylocation，XMin，Maxri2，選擇FromFullOK。4、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Convection>OnNodes”，選擇PickAll，在Filmcoefficient框中輸入-2，Bulktemperature100OK。5、選擇“UtilityMenu>Select>Everything”。6、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Symbols”，在ShowpresandconvectasArrowOK。5、選擇“UtilityMenu>Plot>Nodes”。恢復(fù)工作平面及坐標系統(tǒng)1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian”。2、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian”。設(shè)定載荷步選項50“MainMenu>Solution>-LoadStepOptions->Time/Frequenc>TimeandSubsteps”，在Numberofsubsteps50，AutomatictimesteppingOn。在工具欄點擊SAVE_DB保存數(shù)據(jù)庫。求解選擇“MainMenu>Solution>-Solve->CurrentLS”，查看分析選項是否正確，關(guān)閉/STATOK。觀看節(jié)點溫度結(jié)果1、選擇“UtilityMenu>PlotCtrls>Style>EdgeOptions”，設(shè)置“Elementoutlines”EdgeonlyOK。2、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu”，ItemtobecontouredDOFsolutionTemperatureTEMPOK。繪制熱流矢量圖1、選擇“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>SpecifiedCoordSys”，Coordinatesystemnumber11OK。2、選擇“UtilityMenu>Select>Entities”，在對話框中自上而下依次選擇：Nodes，ByLocation，XCoordinates，在“Min,Max”域輸入ro2,點擊ApplyElementsAttachedToApplysToOK；2、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-VectorPlot-Predefined”，VectoritemtobeplottedFlux&gradientThermalfluxTFOK。ANSYS點擊工具欄中的QUIT，選擇一種退出方式并點擊OK。3.6.2等效的命令流方法/PREP7/TITLE,Steady-statethermalanalysisofpipejunction/UNITS,BIN!ET,1,90!定義熱單元MP,DENS,1,.285!密度MPTEMP,,70,200,300,400,500!建立溫度表MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12!導(dǎo)熱系數(shù)MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125!比熱MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144!流系數(shù)RI1=1.3!RO1=1.5!Z1=2!RI2=.4!RO2=.5!Z2=2!!建立幾何模型CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90!1/4罐體WPROTA,0,-90!CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90!1/4WPSTYL,DEFA!VOVLAP,1,2!OVERLAP/PNUM,VOLU,1!翻開實體編號/VIEW,,-3,-1,1!定義顯示角度/TYPE,,4/TITLE,Volumesusedinbuildingpipe/tankjunctionVPLOTVDELE,3,4,,1!刪除多余實體ASEL,,LOC,Z,Z1!選擇罐上Z=Z1ASEL,A,LOC,Y,0!添加選擇罐上Y=0CM,AREMOTE,AREA!創(chuàng)立名為AREMOTE/PNUM,AREA,1/PNUM,LINE,1/TITLE,LinesshowingtheportionbeingmodeledAPLOT/NOERASELPLOT/ERASEACCAT,ALL!LCCAT,12,7LCCAT,10,5LESIZE,20,,,4!在接收壁厚方向分4LESIZE,40,,,6!在接收長度方向分6LESIZE,6,,,4!在罐壁厚方向分4ALLSEL!EVERYTHINGESIZE,.4!MSHAPE,0,3D!選擇3DMSHKEY,1SAVE!VMESH,ALL!/PNUM,DEFA/TITLE,ElementsinportionbeingmodeledEPLOT!顯示單元FINISH/SOLUANTYPE,STATIC!定義為穩(wěn)態(tài)分析NROPT,AUTO!設(shè)置求解選項為Program-chosenNewton-RaphsonTUNIF,450!設(shè)定初始全部節(jié)點溫度CSYS,1!NSEL,S,LOC,X,RI1!選擇罐內(nèi)外表的節(jié)點SF,ALL,CONV,250/144,450!CMSEL,,AREMOTE!AREMOTENSLA,,1!選擇屬于AREMOTED,ALL,TEMP,450!定義節(jié)點溫度WPROTA,0,-90!CSWPLA,11,1!創(chuàng)立局部柱坐標NSEL,S,LOC,X,RI2!選擇接收內(nèi)壁的節(jié)點SF,ALL,CONV,-2,100!施加材料2100ALLSEL/PBC,TEMP,,1!顯示全部溫度約束/PSF,CONV,,2!顯示全部對流邊界/TITLE,BoundaryconditionsNPLOTWPSTYL,DEFACSYS,0AUTOTS,ON!NSUBST,50!KBC,0!設(shè)定為階越OUTPR,NSOL,LAST!SOLVE!FINISH/POST1/EDGE,,1/TITLE,Temperaturecontoursatpipe/tankjunctionPLNSOL,TEMP!CSYS,11NSEL,,LOC,X,RO2ESLNNSLE/SHOW,,,1!Vectormode/TITLE,Thermalfluxvectorsatpipe/tankjunctionPLVECT,TF!繪制熱流矢量圖FINISH/EXIT,ALL穩(wěn)態(tài)熱分析的實例2－利用表格邊界條件進展熱分析本例表達了如何使用一維的表格施加荷載進展熱分析。問題：靜態(tài)的熱傳導(dǎo)問題，1×2的矩形，其一邊有固定溫度，其余各X菜單操作過程定義函數(shù)表1、選擇“UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit>Add”，添加表格。2、輸入?yún)?shù)名稱“cvtab”。3、在參數(shù)類型中選擇“Table”；對應(yīng)I，J，K輸入5，1，1；輸入XOK。4EDIT，編輯參數(shù)表。51111第2～6排中輸入0.0,0.5,1.0,1.5,2.02列第2～6排輸入30，50，80，120。6、選擇“File>Apply/Quit”，退出。定義單元類型和材料屬性1、選擇“MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete”，Add。2ThermalSolid，右邊選Quad4node55，點擊OK，Close3、選擇“MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”，翻開材料定義窗口。4Thermal,DensityDENS域輸入10.0，點擊OK。5Conductivity,IsotropicKXX1.0OK。6、在材料定義窗口雙擊SpecificHeatC100.0，OK。7、退出：Material>Exit。建模并劃分網(wǎng)格1、選擇“MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Rectangle>ByDimensions”。2、輸入模型參數(shù)：X1，X20，2；Y1，Y20，1，點擊OK。3、選擇“MainMenu>Preprocessor>MeshTool”。4MeshToolSizeControls區(qū)點擊GloblSetElementendgelength0.5；OK。5MeshToolMeshAreasMapQuad3/4sidedMESHPickAll。6MeshToolSAVE_DB應(yīng)用表格邊界條件1、選擇“UtilityMenu>Plot>Lines”。2、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Temperature>OnLines”，在圖形中選擇X=0位置的垂直線〔左邊線〕；OK。3TEMP100OK。4、選擇“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>OnLines”，在圖X=03OK。5ApplyFilmCoefonlinesExistingtableVALIVAL2IBulktemperature20，點擊OK。6、確認Existingtable選擇窗口中顯示的是CNVTAB，點擊OK圖形上將顯示指向變化邊界的指示。7、選擇“MainMenu>SolutionLoads-Apply>-Thermal-Temperature>UniformTemp”，輸入uniformtemperature：50，點擊OK。顯示所施加的載荷1、選擇“MainMenu>PlotCtrls>Symbols”，在SurfaceLoadSymbolsConvectFilmCoefShowpresandconvectasArrowsOK。2、選擇“Menu>PlotCtrls>Numbering”，將TableNames設(shè)置為on，點擊OK。3SAVE_DB設(shè)置分析選項并求解1、選擇“MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis”，設(shè)Steady-State。2“MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstps”，Timeatendofloadstep60Numberofsubsteps1，SteppedOK。3、選擇“MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>DB/ResultsFile”，ItemtobecontrolledAllitems；在FilewritefrequencyEverysubstep。4、選擇“MainMenu>Solution>-Solve->CurrentLS”，查看分析選項是否正確，關(guān)閉/STATOK。后處理1、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-LastSet”，讀入結(jié)果數(shù)據(jù)。2、選擇“UtilityMenu>List>Loads>SurfaceLoads>OnAllNodes”，顯示外表節(jié)點載荷。3、選擇“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu”，DOFSolution，右邊的TemperatureOKANSYS點擊工具欄中的QUIT，選擇一種退出方式并點擊OK。等效的命令流方法/batch,list/show/title,Demonstrationofposition-varyingfilmcoefficientusingTabularBC“s./com/com*---/com*TableSupportofboundaryconditions/com*/com*BoundaryConditionTypePrimaryVariablesIndependentParameters/com*/com*Convection:FilmCoefficientX-/com*/com*Problemdescription/com*/com*AstaticHeatTransferproblem.A2x1rectangularplateis/com*subjectedtotemperatureconstraintatoneofitsend,whilethe/com*remainingperimeteroftheplateissubjectedtoaconvectionboundary/com*condition.ThefilmcoefficientisafunctionofX-positionandisdescribed/com*byaparametrictable“cnvtab“./com***dim,cnvtab,table,5,,,x!定義表格cnvtab(1,0)0.0,0.50,1.0,1.50,2.0!自變量名Var1“X“cnvtab(1,1)=20.0,30.0,50.0,80.0,120.0/prep7esize,0.5et,1,55rect,0,2,0,1amesh,1MP,KXX,,1.0MP,DENS,,10.0MP,C,,100.0lsel,s,loc,x,0dl,all,,temp,100allslsel,u,loc,x,0nsll,s,1sf,all,conv,%cnvtab%,20alls/psf,conv,hcoef,2!顯示對流邊界條件/pnum,tabn,on!nplotfini/soluanty,statickbc,1nsubst,1time,60tunif,50outres,all,allsolvefinish/post1set,lastsflist,all!/pnum,tabn,off!關(guān)閉表格名顯示/psf,conv,hcoef,2/pnum,sval,1!eplot!convectionatt=60sec.plns,tempfini《ANSYSVerificationManualManual》中包含了很多熱分析的實例，盡管這些實例并沒有逐步的指導(dǎo)和所明