Ansys 共轭传热分析实例
共轭传热计算
(2012-12-19 09:53:07)
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分类：FLUENT技巧
杂谈
共轭传热：流体传热与固体传热相互耦合。由于流体求解器同时具备流体与固体传热计算的能力，因此可以直接采用流体求解器进行求解，无需使用流固耦合计算。流体求解器能够求解流体对流、传导、辐射传热，对于固体传热计算，只能求解热传导方程。
本例演示共轭传热问题在FLUENT中的求解方法。
1、问题描述
如图1所示的计算区域，既包含流体区域也包含固体区域。在初始状态下，流体域与固体与温度均为293K，然后给固体域底部施加恒定温度434K，计算分析计算域内温度随时间分布规律。边界条件如图中所示。
图1 计算域描述
2、建立几何模型并划分网格
利用DM建立如图1所示2D平面几何。采用全四边形网格划分，如图2所示。
为所有边界命名，尤其是流体和固体区域交界面，后面需要在求解器中进行设置。
3、进入Fluent求解设置
本例为瞬态计算。
涉及到热量传递，因此需要激活能量方程。
流体介质为理想气体，考虑其在温度影响下密度变化。
考虑重力影响，设置重力加速度向量[0,-9.81,0]，设置操作密度为0。如图3所示。
压力-速度耦合方程采用PISO求解方式，对流项计算采用QUICK算法，其他项采用二阶迎风格式。
图2 网格模型
图3 操作项设置面板设置流体域介质为air，固体域介质为默认的AL。
按图1所示边界条件设置计算域边界。
创建交界面，如图4所示进行设置。
图4 设置交界面4、初始化计算
设置初始化温度293K，如图5所示。
图5 初始化面板
设置自动保存选项与动画录制项。
设置时间步长0.1s，时间步数100，内迭代次数20
基于Fluent与ANSYS workbench的齿轮箱热固耦合温度场仿真案例
2015-12-08 17:45:383966
简介：
今天为大家带来齿轮箱瞬态温度场仿真的原创案例。限于篇幅，这个帖子不像之前一样把所有设置一步步贴图，因此只给出关键图，设置全部给出了表格形式。图1和图23是动图，但是好像帖子里动不起来，可以点击我的头像——作品展示里有动态图。
图1 齿轮箱甩油润滑
齿轮减速结构是机械传动中最常见的形式，如下图。
图2 齿轮箱结构
由于齿轮之间存在摩擦，因此齿轮系统的温度场必须进行关注，以确保：
o齿轮结构没有过热（overheating）
o保证齿轮结构的完整性
o避免滑油过热引发的性能下降（粘度降低）及事故发生（如风机装置有可能油起火）
进一步延伸的话，由温升引发的热应力是分析齿轮与齿轮轴，乃至轴承与壳体的热疲劳问题的必要计算条件。这个问题另外开帖与大家探讨。
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正文：
齿轮温度场涉及到摩擦学、传热学、机械传动理论和有限元分析等多学科领域的知识，是一个比较复杂的问题。
1969年，Blok．H阐述了热网络理论，其本质是考虑系统中各部分生热，在网络中用一个节点表示，每个节点表示每部分的平均温度。通过整体分析得到要求的的各部分的温度值。这种方法的缺陷在于，首先必须建立热阻、功率损失、对流换热系数计算模型，而这些参数不容易获得。那么我们考虑用仿真的手段去求解这个问题。
我们首先来分析齿轮箱的结构，齿轮箱机械结构由壳体、端盖、大小齿轮、轴承、轴以及其他附件构成，我们首先要搞清楚分析的对象。壳体的温度是否是我们关注的要点？在本例中不是，那么我们的分析对象就是壳体中的所有元素，壳体只作为仿真的外边界。轴承和轴在仿真中的意义也不明显，因此我们都予以简化。
分析传热模型，齿轮摩擦生热是热源，这些热量通过几种方式传播：
1.热传导——从齿缘往齿轮中心传导
2.热对流——齿轮和润滑油，润滑油和空气，又称为共轭传热
3.热辐射——温度不高，辐射量小可忽略
因此，滑油和空气是传热的介质，必须在模型中考虑进去（事实上这部分传热达到91%）。滑油和空气是两相，因此要使用到fluent的多相流模型；要模拟甩油过程，要使用动网格模型；要模拟传热过程，利用f luent内建的传热模型。这三者是本案例的核心。
这里不得不提到两位外国学者，Guillaume Houzeaux对齿轮泵进行了仿真，并且关注局部网格，这可能是最早对齿轮+流体进行仿真；而F. Lemfeld率先采用两相流模型捕捉了齿轮箱内的流体瞬态变化情况，但他在网格方面的处理比较简单，对齿轮齿形进行了切除，同时使用一定的壁面粗糙度值模拟齿形的存在，使齿轮能够甩油。
说了这么多废话，现在回到主题。
图3 流固热耦合仿真流程
本例需要用到的模块包括fluent模块，其中又集成了ansys自带的几何处理与网格划分工具。后面与fluent共享结果的是稳态热分析模块，以及静力结构模块，用来分析热应力对结构的影响，如用来分析热变形，限于篇幅本例不涉及。本例实际流程可以简化如下，我个人喜欢拆分不同的模块，这样方便“故障隔离”:
图4 流体仿真流程
一、模型简化与网格划分
由于复杂的三维结构会增加网格划分的难度，会导致网格数目的无谓增加，加大计算量，因此对齿轮减速器三维模型进行简化：壳体的凸台、通孔、垫圈等予以去除；统一壁面厚度；滚动轴承结构在对应位置采取同心圆环来表示，方便施加热流。这里的模型简化工作是用SpaceClaim做的。简化后的模型如图所示：
图5 简化模型
图6 仿真模型
这幅图中可以看得更清楚，经过模型简化后，流体部分的外轮廓线是比较简洁的。注意这部分必须与齿轮箱贴合，这样以后计算热固耦合的时候，可以传递这个面上的温度场数据，如下图所示。这部分内容本帖中不涉及，本案例在流体外部用fluent的虚拟壁厚技术模拟一个壳体。
一些基础几何参数：
图7 仿真模型与箱体示意图
齿轮传动的核心是齿轮副，对此不做任何简化以保证计算结果精度。但是渐开线齿轮在现实中在节圆啮合，那么两齿轮中间的网格最小处趋近于0，无法划分网格。目前通用的手段就是拉大中心距，只需将二齿轮中
间拉大适当距离，保证有2-3层网格即可。这个改动的影响在可接受范围内。
网格划分采用ANSYS自带Meshing模块，先压制齿轮固体，再将齿轮齿形处进行一定细化，流体固体域分别划分网格。
这里要准确理解ANSYS WORKBENCH的part意义，将建模时不同的body放在一个part下与不放在一个part下有什么区别？很多新手都会遇到这个问题，至少我是这么走过来的，但是没看到有任何一本书讲清楚了这个问题。其实，其区别简单来看就是节点是否共享。
图8 网格节点是否共享的区别
这里我简单画了一个示意图（画的比较难看），从图中可以看出二者的区别。两种方法在fluent中的区别是：前者流体与固体网格节点共
享，在fluent中会自动对命名完毕的固体域生成shadow面，比如drive n-shadow。若不放在一个part下，fluent会自动检测各个part（独立几何结构视作一个part）之间的接触区域（其实此部分工作在meshing中完成），对contact region生成interface。Interface就是交界面，这个面在fluent中可以用来传递域间参数，如压力、热等。
网格划分完毕的效果如图：
图9 整体网格
图10 局部网格
以上网格都是四面体单元，方便进行动网格设置。如不要求精确解，我们可以减小网格数目，采取以下这种单元数目较少的网格。可以看出，body之间的网格节点不共享。
图11 简化网格
一些和网格划分有关的细节，可以按照这个表格去进行具体设置。这里的Advanced sizing功能一定要打开，否则在边角处生成的网格质量很差。表中用颜色标出了影响较大的设置项。
在fluent中导入网格以后，第一步一定要进行网格检查。
注意几个参数的数值，如果太差，动网格部分可能会报错，一般是出现负体积。
二、产热分析
齿轮传动的产热主要来源是齿轮啮合产热。这部分的产热以目前的技术手段难以从仿真直接获得，但是有相应的经验模型，经验模型计算方便，模型中相关系数的获得比较容易。Anderson和Loewenthal法将齿轮的功率分为三部分，滑动、滚动和风阻损失。
由于闭式传动风阻损失较小，忽略风阻损失。滑动和滚动损失分别由以下公式确定：
齿轮滚动和滑动摩擦损失分配到啮合的两齿轮关系式：
通过公式计算生热过程不再赘述。生热的施加在本例中是一个重点，因为使用了交界面进行热交换，并且兼容动网格，但是fluent不支持在交界面上施加热源，因此我们要计算出生热量，作为体积热源施加到齿轮固体域上。
udf见文后附件，热源大小假设是5000w/m3：
编译并且挂载udf以后，作为体积热源赋给固体域：
图12 体积热源设置三、fluent仿真模型分析
图13 fluent中的模型
Fluent中整体模型如图所示。现在我们来分析具体设置。
3.1 壳体与边界处理
齿轮减速器的热量来自于齿轮啮合部位以及轴承，一般轴承产热约为齿轮啮合产热的1%，忽略。当齿轮减速器在某一工况下运转时，轴及滑油作为传热的媒介，将热量传导壳体，壳体又通过外部空气对流换热，与安装底座热传导。这里，壳体可以利用Fluent的带厚度壁面技术，虚拟一个壳体热阻，自定义换热系数，将壳体参数化处理。在Boundary Cond itions中找到wall thickness的设置项，设置一个合理数值（30mm）即可。
ansys中的热分析
【转】热-结构耦合分析 知识掌握篇2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小订阅 热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分 布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析, 然后在进行结构分析.热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失,热梯度,热流密度(热通量)等.本章主要介绍在ANSYS中进行稳态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析. 21.1 热-结构耦合分析简介 热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的 分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即 先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作 为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知 识,然后再学习耦合分析方法. 21.1.1 热分析基本知识 ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温 度,并导出其它热物理参数.ANSYS热分析包括热传导,热对流及热辐射三种热传 递方式.此外,还可以分析相变,有内热源,接触热阻等问题. 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换.热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间,由于温差的存在引起的热量的交换.热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换
ANSYS非稳态热分析及实例详解解析
本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识， 主要包括非稳态热分析的应用、 非稳态热分析的基本步骤。 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 丄本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析 7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。 根据物体温度随着时间的推移而变化的 特性可本章要点 非稳态热分析单兀、
以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。 ANSYS 11.0 及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷 - 时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。
ANSYS热分析指南与经典案例
第一章简介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等
第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 3 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流
ABAQUS顺序热力耦合分析实例
ABAQUS顺序热力耦合分析实例此实例中需要确定一个冷却栅管的温度场分布。温度场的求解采用稳态热分析，在此之后还将进行热应力分析来求出冷却栅管在温度作用下产生的位移和应力分布。由于冷却栅管比较长，并且是轴对称结构，根据上述特点，可以简化有限元分析模型。此实例中使用国际单位制。 1、part中创建轴对称可变形壳体，大致尺寸为1，通过creat line创建一个封闭曲线（0.127,0） （0.304,0）（0.304,0.006）（0.152,0.006）（0.152,0.031）（0.127,0.031）（0.127,0） 使用creat Fillet功能对模型倒角处设置0.005的倒圆角。倒角后，模型并未改变，需要在模型树中，part下的Features右键，Regenerate，最终模型如下图所示。 2、在材料模块中定义密度7800，弹性模量1.93E11，泊松比0.3。所不同的是，热分析还需 要指定热传导系数以及比热。在Thermal里输入参数，热铲刀系数25.96，比热451。 3、创建截面属性以及装备部件，和普通的静力分析设置一样。 4、Step有所不同，分析类型仍为通用分析步，下面要更改为Heat Transfer。在Edit Step窗 口中，使用默认的瞬态分析（Transient），时长设置为3s。切换到Incrementatin进行相应的设置，如下图。
5、Load模块中，设置左边温度为100度，右边及上边温度为20度。Creat BC，类型选择 Other>Temperature。在纯粹的热传导分析方程中，没有位移项，因此不会发生刚体位移，这里也就不需要设置位移边界条件。 6、接下来划分网格，种子尺寸给0.005，单元类型需要在单元族中选择专门用来热分析的 Heat Transfer，查看下面确保使用的单元为DCAX4。使用结构化的全四边形网格划分方法。 7、到此，热分析的设置已经完成，可以提交计算，完成后，查看变量NT11即为节点温度。
Ansys 第 例瞬态热分析实例一水箱
第33例瞬态热分析实例——水箱 本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。 33.1概述 热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。 33.1.1 瞬态热分析的定义 瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。 33.1.2 嚼态热分析的步骤 瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1．建模 瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。 注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。 2.施加载荷和求解 (1)指定分析类型， Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。 (2)获得瞬态热分析的初始条件。 定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温
度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。 定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define 即IC命令施加。非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。 注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。 (3)设置载荷步选项。 普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step. 非线性选项包括：迭代次数（默认25），选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step：将时间积分打开，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay. 输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.
ANSYS瞬态分析实例
例题：一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷（如图1所示）。钢梁长为L，支撑着一个集中质量M。这根梁承受着一个上升时间为t1的值为F1 的动态载荷F（t）。梁的质量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时间t max 和响应y max。 图1 钢梁支撑集中质量的几何模型 材料特性：弹性模量为2e5MPa，质量为M＝0.0215t，质量阻尼为8； 几何尺寸为：L＝450mm，I＝800.6mm4，h＝18mm； 载荷为：F1＝20N，t1＝0.075s GUI操作方式： 1．定义单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现一个对话框，单击“Add”，又出现一个对话框，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Beam”，在右面的列表栏中选择“2D elastic 3”，单击“Apply”，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Mass”，在右边选择“3D mass 21”，单击“OK”，在单击“Options”，弹出对话框，设置K3为“2-D W/O rot iner”，单击“OK”，再单击“Close”。 2．设置实常数：Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，又弹出对话框，选择“Type1 BEAM3”，单击“OK”，
又弹出对话框，输入AREA为1，IZZ＝800.6，HEIGHT＝18，单击“OK”，在单击“Add”，选择Type 2 MASS21，单击“OK”，设置MASS为0.0215，单击“OK”，再单击“Close”。 3．定义材料属性：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modls，出现对话框，在“Material Models Available”下面的对话框中，双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”，又出现一个对话框，输入弹性模量EX＝2e5，泊松比PRXY＝0，单击“OK”，单击“Materal>Exit”。 4．建立模型： 1）创建节点：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS，在弹出对话框中，依次输入节点的编号1，节点坐标x＝0，y ＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号2，节点坐标x＝450/2，y＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号3，节点坐标x＝450，y＝0。单击“OK”。2）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点1和2，2和3，单击“OK”。 3）指定单元实常数：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements> Elem Attributes，弹出对话框，设置TYPE为2，REAL为2，单击“OK”。4）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点2，单击“OK”。5．定义分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出对话框，选择Trasiernt，单击“OK”，又弹出对话框，选择Reduced，单击“OK”。6．设置分析选项：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出对话框，单击“OK”。
ANSYS稳态热分析的基本过程和实例
ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤： ?前处理：建模、材料和网格 ?分析求解：施加载荷计算 ?后处理：查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可 以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析： Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等： Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷 可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) ： a、恒定的温度 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷)，如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。 注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要
ansys结构瞬态分析实例
第二日 练习主题：各种网格划分方法 输入实体模型尝试用映射、自由网格划分，并综合利用多种网格划分控制方法 一个瞬态分析的例子 练习目的：熟悉瞬态分析过程 练习过程：瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例 如图1所示板-梁结构，板件上表面施加随时间变化的均布压力，计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。 全部采用A3钢材料，特性： 杨氏模量=2e112 /m N 泊松比=0.3 密度=7.8e33/m Kg 板壳： 厚度=0.02m 四条腿（梁）的几何特性： 截面面积=2e-42m 惯性矩=2e-84m 宽度=0.01m 高度=0.02m 压力载荷与时间的关系曲线如图2所示。 图1 质量梁-板结构及载荷示意图 压力（N/m 2） 10000 5000 0 1 2 4 6 时间（s ） 图 2 板上压力-时间关系 分析过程 第1步：设置分析标题 1. 选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title 。 2. 输入“ The Transient Analysis of the structure ”，然后单击OK 。 第2步：定义单元类型 单元类型1为SHELL63，单元类型2为BEAM4 第3步：定义单元实常数 实常数1为壳单元的实常数1，输入厚度为0.02（只需输入第一个值，即等78厚度壳）
实常数2为梁单元的实常数，输入AREA 为2e-4惯性矩IZZ=2e-8，IYY ＝2e-8宽度TKZ=0.01，高度TKY=0.02。 第5步：杨氏模量EX=2e112 /m N 泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33/m Kg 第6步：建立有限元分析模型 1． 创建矩形，x1=0,x2=2,y1=0,y2=1 2． 将所有关键点沿Z 方向拷贝，输入DZ ＝－1 3． 连线。将关键点1，5；2，6；3，7；4，8分别连成直线。 4． 设置线的分割尺寸为0.1，首先给面划分网格；然后设置单元类型为2，实常数为2， 对线5到8划分网格。 第7步：瞬态动力分析 1. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis ，弹出New Analysis 对话框。 2. 选择Transient ，然后单击OK ，在接下来的界面仍然单击OK 。 3. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping ，弹出 Damping Specifications 窗口。 4. 在Mass matrix multiplier 处输入5。单击OK 。 5. 选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural- Displacement>On Nodes 。弹出拾取（Pick ）窗口，在有限元模型上点取节点232、242、252和262，单击OK ，弹出Apply U,ROT on Nodes 对话框。 6. 在DOFS to be constrained 滚动框中，选种“All DOF ”(单击一次使其高亮度显示， 确保其它选项未被高亮度显示）。单击OK 。 7. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything 。 8. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ，弹 出Controls for Database and Results File Writing 窗口。 9. 在Item to be controlled 滚动窗中选择All items ，下面的File write frequency 中选择 Every substep 。单击OK 。 10. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step ，弹出Time – Time Step Options 窗口。 11. 在Time at end of load step 处输入1；在Time step size 处输入0.2；在Stepped or ramped b.c 处单击ramped ；单击Automatic time stepping 为on ；在Minimum time step size 处输入0.05；在Maximum time step size 处输入0.5。单击OK 。 12. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas 。弹 出Apply PRES on Areas 拾取窗口。 13. 单击Pick All ，弹出Apply PRES on Areas 对话框。 14. 在pressure value 处输入10000。单击OK 15. 选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File ，弹出Write Load Step File 对话框。 16. 在Load step file number n 处输入1，单击OK 。 17. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step ，弹出Time – Time Step Options 窗口。 18. 在Time at end of load step 处输入2。单击单击OK 。
ANSYS非稳态热分析及实例详解解析
第7 章非稳态热分析及实例详解 本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识，主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析单元、非稳态热分析的基本步骤。 本章要点 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析
7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。ANSYS 11.0及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷-时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。 7.1.2 非稳态热分析的控制方程 热储存项的计入将稳态系统变为非稳态系统，计入热储存项的控制方程的矩阵形式如下： []{}[]{}{}C T K T Q += 其中，[]{} C T 为热储存项。 在非稳态分析时，载荷是和时间有关的函数，因此控制方程可表示如下： []{}[]{}(){}C T K T Q t += 若分析为分线性，则各参数除了和时间有关外，还和温度有关。非线性的控制方程可表示如下： (){}(){}(){},C T T K T T Q T t +=???????? 7.1.3 时间积分与时间步长 1、时间积分 从求解方法上来看，稳态分析和非稳态分析之间的差别就是时间积分。利用ANSYS 11.0分析问题时，只要在后续载荷步中将时间积分效果打开，稳态分析即转变为非稳态分析；同样，只要在后续载荷步中将时间积分关闭，非稳态分析也可转变为稳态分析。 2、时间步长 两次求解之间的时间称为时间步，一般来说，时间步越小，计算结果越精确。确定时间步长的方法有两种： （1）指定裕度较大的初始时间步长，然后使用自动时间步长增加时间步。
ANSYS动力学瞬态分析完全法
完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。 注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是： ·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。 §3.4 完全法瞬态动力学分析 首先，讲述完全法瞬态动力学分析过程，然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。完全法瞬态动力分析（在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用）由以下步骤组成： 1.建造模型 2.建立初始条件 3.设置求解控制 4.设置其他求解选项 5.施加载荷 6.存储当前载荷步的载荷设置 7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步
8.备份数据库 9.开始瞬态分析 10.退出求解器 11.观察结果 § 型 在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。这些工作在大多数分析中是相似的。<
基于ABAQUS的热应力分析
1.1基于ABAQUS的热应力分析 1.1.1 温度场数据处理 (1)打开INP_Generator.exe，出现如下软件界面： 图1.数据处理软件 (2)点击“浏览”按钮，选择由FLUENT导出的inp文件所在路径，如下图 所示： 图2.路径选择 (3)点击“生成”按钮，则在inp文件所在路径下自动生成包含多个温度场的 ABAQUS输入文件ABAQUSinputfile.inp。 图3.生成包含连续温度场INP文件
1.1.2 复材工装模板热应力分析 (1)打开ABAQUS，导入inp文件后，打开Tools菜单下“Set - Manager”， 如下图所示。检查是否有名为“PID6”的set，若没有则创建一个名为 “PID*”的set，set为模板整体。（“*”为任意数字或字母） 图4.创建SET (2)打开Plug-ins菜单下“CAC Project - Composite Analyse”，弹出如下界面。 在Step1标签中输入用到的材料名称并选择工作路径；在Step2中定义铺 层信息，可通过右键删除或添加行；按照Step3和Step4的提示，使用 ABAQUS/CAE自身功能完成剩余分析工作。 (a)
(b) (c) 图5.定义材料及铺层 (3)进入Load模块，定义垂直于模板表面平面部分的局部坐标系。选择“Tools” 菜单下“Datum”，Type选择“CSYS”Method选择“3Points”，然后默认点击“Continue”按钮。依次在模板表面选择坐标原点、X轴上点和XY面上的点，生成局部坐标。 图6.定义模板局部坐标系 (4)点击“Create Boundary Condition”按钮，弹出边界条件定义对话框。
ansys动力学瞬态分析详解
§3.1瞬态动力学分析的定义 瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是： 其中： [M] =质量矩阵 [C] =阻尼矩阵 [K] =刚度矩阵 {}=节点加速度向量 {}=节点速度向量 {u} =节点位移向量 在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和 阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。 §3.2学习瞬态动力学的预备工作 瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：
1.首先分析一个较简单模型。创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的代价深入的理解动力学认识，简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。 2.如果分析包括非线性特性，建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。在某些场合，动力学分析中是没必要包括非线性特性的。 3.掌握结构动力学特性。通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，了解这些模态被激活时结构的响应状态。同时，固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。 4.对于非线性问题，考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。 §3.3三种求解方法 瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。ANSYS/Professional产品中只允许用模态叠加法。在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。 §3.3.1完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。 注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是： ·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。
ANSYSMaxwell瞬态分析案例解析
1.Maxwell 2D: 金属块涡流损耗 （一）启动W o r k b e n c h并保存 1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 15.0→Workbench 15.0命令， 启动ANSYS Workbench 15.0，进入主界面。 2.进入Workbench后，单击工具栏中的 按钮，将文件保存。 （二）建立电磁分析 1.双击Workbench平台左侧的Toolbox→Analysis Systems→Maxwell 2D此时在Project Schematic中出现电磁分析流程图。 2.双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。在Maxwell软件界面可以完成有限元分析 的流程操作。 3.选择菜单栏中Maxwell 2D→Solution Type命令，弹出Solution Type对话框 (1)Geometry Mode:Cylinder about Z (2)Magnetic:Transient (3)单击OK按钮 4.依次单击Modeler→Units选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成mm，并单 击OK按钮。 （三）建立几何模型和设置材料 1.选择菜单栏中Draw→Rectangle 命令，创建长方形 在绝对坐标栏中输入：X=500，Y=0，Z=0，并按Enter键 在相对坐标栏中输入：dX=20，dY=0，dZ=500，并按Enter键 2.选中长方形，选择菜单栏中Edit→Duplicate along line命令 在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键 在相对坐标栏中输入：dX=50，dY=0，dZ=0，并按Enter键 弹出Duplicate along line对话框，在对话框中Total Number:3，然后单击OK按钮。 3.选中3个长方形右击，在快捷菜单中选择Assign Material命令，在材料库中选择 Aluminum，然后单击OK按钮。 （四）设置求解域 选择菜单栏中Draw→Region命令，在弹出的Region对话框中输入Value=500，并单击OK按钮。 （五）添加激励 1.选中Rectangle1右击，在快捷菜单中选择Assign Excitations→Coil命令，弹出Coil Excitations对话框，在对话框中填入以下内容： (1)Name：CoilTerminal1 (2)Number of Conductors：100 (3)单击OK按钮 2.选中Rectangle1右击，在快捷菜单中选择Assign Excitations→Add Winding命令，弹出 Winding对话框，在对话框中填入以下内容： (1)Name:Winding_A (2)Type:Current (3)Stranded:?Checked (4)Current:50*sin(2*PI*50*Time)
一个经典的ansys热分析实例(流程序)
/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1
ANSYS热分析指南——ANSYS瞬态热分析
4.1瞬态传热的定义 ANSYS/Multiphysics , ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRAN ANSYS/Professional 这些产品支持瞬态热分析。瞬态热分析用于计算一个系统 的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场， 并将之作为热载荷进行应力分 析。许多传热应用一热处理问题，喷管，引擎堵塞, 管路系统，压力容器等，都包含瞬态热分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。 主要的区别是瞬态热分析中的载 荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，可使用提供的函数工具描述载 荷?时间曲线并将该函数作为载荷施加（请参考《 ANSYS Basic Porcedures Guide 》中的“施加函数边界条件载荷”），或将载荷?时间曲线分为载荷步。 载荷?时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示 ： 图4-1用荷载步定义时变荷载 对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时还需定义其它载荷步选 项，如：载荷步为渐变或阶跃、自动时间步长等，定义完一个载荷步的所有信息 后，将其写为载荷步文件，最后利用载荷步文件统一求解。本章对一个铸件的分 析的实例对此有进一步说明。 4.2瞬态热分析中使用的单元和命令 瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同，第三章对单元有简单的描述。 要了解每个单元的详细说明，请参阅《 ANSYS Eleme nt Refere nee 》。要了解每 个命令的详细功能，请参阅《ANSYS Comma nds Refere nce 。 4.3瞬态热分析的过程 瞬态热分析的过程为： 建模 施加荷载并求解 ANSYS 热分析指南（第四 章） 第四章瞬态热分析 Load ▲ Stepped (KBCJ) ■Stepped Steady 问题描述：一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块，突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。过了一个小时，求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。 材料热物理性能如下：热性能单位制 铜铁水 导热系数W/m℃ 383 37 密度Kg/m 8889 7833 996 比热J/kg℃ 390 448 4185 菜单操作过程： 一、设置分析标题 1、选择“Utility Menu>File>Change Jobname”，输入文件名Transient1。 2、选择“Utility Menu>File>Change Title”输入Thermal Transient Exercise 1。 二、定义单元类型 1、选择“Main Menu>Preprocessor”，进入前处理。 2、选择“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。选择热平面单元plane77。 三、定义材料属性 1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”，在弹出的材料定义窗口中顺序双击Thermal选项。 2、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入383；点击Density，在DENS框中输入8898；点击Specific Heat，在C框中输入390。 3、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第二种材料。 4、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入70；点击Density，在DENS框中输入7833；点击Specific Heat，在C框中输入448。 5、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第三种材料。 6、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入.61；点击Density，在DENS框中输入996；点击Specific Heat，在C框中输入4185。 四、创建几何模型 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Retangle>By Dimensions”，输入X1=0, Y1=0, X2=, Y2=, 点击Apply；输入X1=, Y1=, X2= ,Y2=, 点击Apply；输入X1= Y1=, X2= Y2=+, 选择OK。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>Booleans>Overlap”，选择Pick All。 3、选择“Utility Menu>Plotctrls>Numbering>Areas, on”。 4、选择“Utility Menu>Plot>Areas”。 五、划分网格 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”，选择材料1。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”，输入单元大小。 3、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”，选择铜块。 4、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”，选择材料2。 5、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”，选ansys热分析例题
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