ansysworkbench热分析教程

1、6-1Training Manual热分析概念?本章练习稳态热分析的模拟，包括：A.几何模型B.组件-实体接触C.热载荷D.求解选项E.结果和后处理F.作业6.1?本节描述的应用一般都能在 ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了ANSYS Structural?提示：在ANSYS热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析6-2热分析稳态热传导基础Training Manual?对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵T通过下面的矩阵方程解得:K T T QT?假设：-在稳态分析中不考虑瞬态影响-K可以是一个常量或是温度的函数-Q可以是一个常量或是温度的函数6-4?上述

2、方程基于傅里叶定律：?固体内部的热流(Fourier ' Saw )是K的基础；?热通量、热流率、以及对流在Q为边界条件；?对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关?在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。热分析Training ManualA.几何模骂热分析里所有实体类都被约束:-体、面、线?线实体的截面和轴向在DesignModeler 中定义?热分析里不可以使用点质量(Point Mass )的特性?壳体和线体假设：-壳体：没有厚度方向上的温度梯度-线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度?但在线实体的轴向仍有温度变化6-5热分析Training Manual

3、材料特?唯一需要的材料特性是与热性(Thermal Conductivity )Unsaved Project WorkbenchFie Vfew Tools Lfrit& Hdp6-7Thermal Conductivity 在 Engineering Data 中输入1 Ojjtfint Filter-XTable of Properties Rov? 2： Thermal Cd_ XReconmdt import. ©Returnbo内口jec± GCjsmp5dMi记eNew 二Opw. d 5a*ft i! 5ave As.?温度相关的导热性以表格 式输入

4、AEIhermgl Condixtivity (W nr% 1 UM ) .2-100IHJlJT2D0Copper AlloyTeirperature (Cj /田5府固 Profess；炉 5hov> u Messe&Akjmriuin AUqry %* Concrete-m1. m ® w « M M 1111-11 于 < u T-VE M)营zfnpuo "而TABcD4&3ta Scarce丘 Mign8 就 riptigrfe2* Engineering Data：A2Cohtenfts filtered for 5tea

5、dy-5tate3M GeFierl MaterialsJSamples 由ta prasided by ANSYSi r4 EkR Materials国u。一 ru.1 /A.erft于口l：Ered匕ddy,St&e HiefhnH fANSYS)|Outfinc of Gererd MafcfiridbEhgineerina Data ChartConcerns of GenaJ Material =HTDescription1tmd pruptruti iut dr.General aluniirHun aJloy. FatiguiABc1PjcpartyValueUritpl

6、"日 o Is酰门小二 Therrndl Con.回 Tabdw3Scalel4OffvAG ReadyProperties of Outke Row 4； Alun-Hriun AlloyTemperature IC1:若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解。热分析B.组件-实体接Training Manual6-8对于结构分析，接触域是自动生成的，用于激活各部件间的热传与热分析Training Manual组件-接触区域-如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传与。pinball的解释-如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传与（见下面对 ）。一 总结：Cont

7、act TypeHeat Transfer Between Parts in ContactRegion?Initially TouchingInside Pinball RegionOutside Pinball RegionBondedYesYesNoNo SeparationYesYesNoRoughYesNoNoFrictionlessYesNoNoFrictionalYesNoNo-Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的，同时还给了一个相 对 较小的值来适应模型里的小间距。组件-接触区B?如果接触是 Bonded （绑定的）或no separation （无分离的

8、），那么当面出现在pinball radiusTraining Manual区域，因此在这两个部件间 合发占热传导。Details of "Contact Region"平-ScopeScoping MethodGeometry SelectionContact1 FaceTarget1 FceContact BodiesTarget BodiesPad1日DehnitionTypeBondedScope lodeAutomaticBehaviorSymmetricSuppressedNo-AdvancedFormulationPure PenaltyNormal Stif

9、fnessProgram ControlledUpdate StiffnessNeverThermd ConductanceProgram ControlledPinball RegionRadiusPinball Radius2. mm1丁 Pinball Radius内时就会发生热传与（绿色实线表示）。6-10热分析组件-导热Training Manual6-12?默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导，意味着界面上不会发生温 度 ?实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导:-表面光滑度表面粗糙度-氧化物包 -埋液接触 压力表面 -温度?接着-使用与电脂"-穿过接触界面的热流

10、速，由接触热通量q决定:q n TCCTtargetTcontact-式中Tcontact是一个接触节点上的温度，Ttarqet是对应目标节点上的温度wwl I LClwl/LOI gDl-默认情况下，基于模型中定义的最大材料与热性KXX和整个几何边界框的对角线ASMDIAG , TCC被赋以一个相对较大的值。TCC 二 KXX 10,000 /ASMDIAG-这实质上为部件间提供了一个完美接触传导热分析多在 ANSYS ProfessionalTraining Manual或更高版本，用户可以为纯罚函数和增广拉格朗 日方程定义一个有限热接触传导（TCC）-在细节窗口，为每个接触域指定 TCC

11、输入值-如果已知接触热阻，那么它的相反数除以接触面积就可得到TCC值在接触界面上，可以像接触热阻一样 输入接触热传导百Sc oprContact2 FacesTarget2 FacesContact Bodiesbrackjet'lTarget BodiesYoki_male-1EDefinitionTypeBondedScope ModeAutomaticBehaviorSymmetricSuppressedNoHAdvancedFormulationPure PenaltyNormal StiffnessProgram ControlledUpdate 5HFFnf 55Never

12、Thermal ConductanceManualThermal Conductance Value0, W/m> Pintail RegionProgram ControlledDetails of Xontact Region"组件-康热“Spotweld （点焊）提供了离散的热传导点:Training Manual-Spotweld 可用）,印成Wdld 4 SteadyStatE TheiEd I2/11/200B 2:59 PM弼3石A: 5tm巾llietmolTotal He& Flux 2Type! Total Heat FluxUnit： W/m=Ti

13、me; 1 f2/i 1/2006 3:07 PM195.351704儡晶122,1297,71?73,30348.353阳,明4O.D739L1 Min在CAD软件中进行定义（目前只有 DesignModeler 和Unigraphics6-14C.热载?热流量：启皿则I- 热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上。- 它的单位是能量比上时间（energy/time ）?完全绝热（热流量为 0 ）:虱Perfectly Insured- 可以删除原来面上施加的边界条件?热通量：/Flux- 热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上）- 它的单位是能量比上时间在除以面积（ en

14、ergy/time/area ）?热生成：-内部热生成只能施加在实体上,1口国H向金网金口n它的单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume )正的热载荷会增加系统的能量。热分析ANSYS温度、对流、辐射：?至少应存在一种类型的热边界条件，否则，如果热量将源源不断地输入到系统中，稳 态时的温度将会达到无穷大。?另外，给定的温度或对流载荷不能施加到已施加了某种热载荷或热边界条件的表面上O?完全绝热条件将忽略其它的热边界条件给定温度：一-给点、边、面或体上指定一个温度-温度是需要求解的自由度6-16热分析热边界条件ANSYSTraining Manual?对流：丹 1 Cwe

15、由。门-只能施加在面上（二维分析时只能施加在边上）-对流q由与热膜系数h,面积A,以及表面温度Tsurface与环境温度Tambient的差来定义。qhA TsurfaceTambient-h 和T ambient ”是用户指定的值-与热膜系数h可以是常量或是温度的函6-17Details oF "Convection 2"-ScopeScoping MethodGeometry SelectionGeometry1 Face-DefinitionT冲wConvectionFilm Coefficient3, W/ma，% (step 单上Ainbisnt Temperat

16、ure 22 4 eC (step applied)NIJDetails af "ConYectiQnIR斗-ScopeScoping MethodGeometry SelectionGeometry16 Bodies-DeFInMonTypeConvectionFilm Coefficient3tagndnt Air - Simplified Case 脚Ambient Temperature23. (step applied)"GPPI5SBumu热分析热边界条件Training Manual?与温度相关的对流：-为系数类型选择Tabular(Temperature)-

17、输入对流换热系数-温度表格数据-在细节窗口中，为h(T)指定温度的处理-I ScopeScoping MethodGeometry SelectionGeometry137 FacesEDefinition一二TypeConvection Film Coeffkient0.(ramped)Ambient Temperature22,5C (ramped)府ppr-dMoPress F； Hr HelpDetails of "Canvectwn DQ Import.汉 Import.ExportL.IJ< ConstantTabular (Time)Tabular (Temper

18、atire) nincoonDetails of Convedtion ?：'ZScopeScaping MethodGeametry值匚 tionGeometty137 F5ces-DeFinitionrypeConvectionFim CoefficientTabiriar DataGoeFfkient TypeAverage Film TemperatureAmbaent TemperatureBulk TemperatureSuppressedAverage Film T&mpetatureDifference of Surface and Bulk. T emperU

19、RUXMJ 】um'cSBQwuozv5 ALieuT«Tnp#rafcurw RC1 Ip- Corivction 匚cwFR-ienl：川小加？'唾1154.210.L2.3沮【7,430.X.550.Z3.675.K.Tabular DataN5 及 37.5 50,比,5 66.25T einperature 6-19热分析热边界条件ANSYSTraining Manual?几种常见的对流系数可以从一个样本文件中导入。新的对流系数可以保存 在文件中。G Im口ort 设 Import.,ExportConstantTabular (Time)5 Tabular

20、 (Temperatura)Function?辐射：J q Radiation-施加在面上（二维分析施加在边上）二 FA-Tambient一X'中：Tsurface? a =斯蒂芬玻尔兹曼常数? £=放射率? A =辐射面面积? F =形状系数（默认是1）ScopeScoping MethodWmd SelectjonNamed SelectionNS.RadSutLlDeFinitionTypeRadiationCorretationTo AmbientEmissivity0,7Hiiiune'iii i i ii|jsrdi.urelFdFII|JE：UJSupp

21、f/edNoDetails oF "Outer SurFacs Radiatian"Q-只针对环境辐射，不存在于面面之间（形状系数假设为 1）-斯蒂芬-玻尔兹曼常数自动以工作单位制系统确定6-23热分析D.求解选Training Manual5?从 Workbench toolbox插入 Steady-State Thermal 在 project schematic里建立一个 Ss Thermal system(SS?在 Mechanical 里，可以使用 Analysis Settings 为热 分析设置求解选项。-注意，第四章的静态分析中的 Analysis Data

22、 Managemh Rj Steady-5tate Thermal (A5)03Analysis SettingsDet.inls dF "Analysis Settings1,Step 匚ontrolsna?版Current StepNuml耿在那里也可以使uber i.ToolboxI,匚忙匚1：'二二卜曰-n 址二臼 Arialy5i5 Systems国 Harmonic Response (AN5YS)翻I Linear Euckling (AN5Y5)gg Modal (AFJ5f5)岫| Random Vibratior (A1M5VS)H Response Sp

23、ectrum (APJ5Y5)国 Shape Optimization (AN5V5)国 Static Structural(AM5Y5)| " 5gddy-5l:己坦Th舒门耳(口有Y5)麒 it ardent structural (MSO)心 Transient Therrnal(AM5YS)S Cornponent S/skems国 Custom SystemsE Design LxploraticnSteady-State Thermal (AFJ5Y5)2 -Erigineering DataVj3 注Geornetry/.4 Model /5 喳fSetup)fi 汨m

24、G力h亦小n 一 H3mti7 卷 Results：/3W3dy-5MM Thermal (AN5Y5)Step End limeAuto Time 5t"ppinqSolver Controk1.Program conggdi+l+tSolver TypeNonlinear ControlsOutput ControlsProgram ControlledSolver Files DiredzcwyD: otver_TerinpWE _PGHX64(Future AnalysisNoneSwe ANSY3 dbNODelete Unneeded HiesTE5Nonlinear S

25、olution优Solver UnitsActive SystemSolver Unrt SystennnmmVisibilityAnalysis Data Management6-25热分析求解模Training Manual6-27?为了实现热应力求解，需要在求解时把结构分析关联到热模型上。E Static Structural 口的结构载荷和约束-求解结构中插入了一个imported load 分支）并同时导入了施OutlineProject SchomatlcA Steady-5tate Thermal (AN5 VS)* Static Structural (AN5YS)Engine

26、ering DataGeomrySteady'State Thermal (AN5VS)Engineering Data.Geomstr/.ModelSetupVSdutronResultsStatic Structural (AfJSYS)iBl Pr?帕比 重 Mode) (A% 由0£ Geametry任“二:Coordinate 5/stems Mesh-：3 Steady-State Thermal (A5)/号 Initial Temperature vwv/?； Analysis Sftttings- Convection|Heat Fk)w中胸 Convect

27、ion 2百一期 Soludon(A6)_ 二二四"纱玳 igStatic Structural (B5)341 Imported Lcdd (Setup)Imported Bod/ TemperatLire-i| Solution (B6)|7 I Solution Infonnatian热分析E.结果和后处Training Manual?后处理可以处理各种结果:一温度-热通量-反作用的热流速-用户自定义结果Thermal . | Probe | 需Temperature < Heat FIuk 您 ReGM隗 User Defined ResJt该 Terriperattire，Total l-teat Flux Drectianal Heat Flux唱t Error?模拟时，结果通常是在求解前指定，但也可以在求解结束后指定-搜索模型求解结果不需要在进行一次模型的求解。6-29热分析Training Manual，Th+r巾司SolutionUnit ConTennperatureOutline forTotat He