石油大学有限元ansysM热分析

1、热热 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热分析热分析本章简述了进行稳态热分析的过程本章简述了进行稳态

2、热分析的过程.有两方面的目的有两方面的目的: 重申第重申第4章所介绍的典型分析步骤章所介绍的典型分析步骤. 介绍热荷载与边界条件介绍热荷载与边界条件.包括的主题包括的主题:A. 概述概述B. 过程过程C. 专题讨论专题讨论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热分析热分析A. 概述概述热分析用于确定结构中温度分布、热分析用于确定结构中温度分布、 温度梯度、热流以及其它类温度梯度、热流以及其它类似的量似的量.热分析可能是稳态的或瞬态的热分析可能是稳态的或瞬态的.稳态稳态 是指荷载条件已被是指荷载条件已被“设置设置”成稳定状态，几乎不随时间变化成稳定状态，几乎不随时间变化 . 如如: 铁获得了预先设置的温度铁获得了预先设置的温度.瞬态瞬态* 指条件随时间变化而变化指条件随时间变化而变化. 如如: 铸造中金属从熔融状态变为铸

4、造中金属从熔融状态变为固态的冷却过程固态的冷却过程.* 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热分析热分析.概述概述热荷载条件可能是热荷载条件可能是:温度温度模型区温度已知模型区温度已知.对流对流表面的热传递给周围的流体通过对流。输入对流换表面的热传递给周围的流体通过对流。输入对流换热系数热系数h和环境流体的和环境流体的 平均温度平均温度Tb 热通量热通量*单位面积上的热流率已知的面单位面积上的热流率已知的面.热流率热流率*热流率已知的点热流率已知的点.热生成率热生成率*体的生热率已知的区域体的生热率已知的区域.热辐射热辐射*通过辐射产生热传递的面通过辐射产生热传递的面. 输入辐射系数输入辐射系数, Stefan-Boltzmann 常数常数, “空间节点空间节点”的

6、温度作为可选项的温度作为可选项输入输入.绝热面绝热面“完全绝热完全绝热”面，该面上不发生热传递面，该面上不发生热传递.* 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热分析热分析B. 分析过程分析过程稳态热分析过程和静力分析类似稳态热分析过程和静力分析类似: 分析过程分析过程 几何尺寸（模型）几何尺寸（模型） 划分网格划分网格 求解求解 荷载条件荷载条件 求解求解 后处理后处理 查看结果查看结果 检查结果是否正确检查结果是否正确通过通过(Main Menu Preferences)把图形用户界面的优先级设置成热把图形用户界面的优先级设置成热分析分析.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热分析热分析 - 过程过程前处理前处理几何尺寸（模型）几何尺寸（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导入建立模型，也可用其它方法建好模型后导入.模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再显

9、示模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再显示.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热分析热分析 -过程过程.前处理前处理

10、划分网格划分网格首先定义单元属性首先定义单元属性: 单元类型单元类型, 实常数实常数, 材料属性材料属性.单元类型单元类型 下表给出了常用的热单元类型下表给出了常用的热单元类型. 每个结点只有一个自由度每个结点只有一个自由度: 温度温度2-D Solid3-D Solid3-D ShellLine ElementsLinearPLANE55 SOLID70 SHELL57 LINK31,32,33,34QuadraticPLANE77 PLANE35 SOLID90 SOLID87 常用的热单元类型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热分析热分析 -过程过程.前处理前处理材料属性材料属性 必须输入导热系数必须输入导热系数, KXX. 如果施加了内部热生成率，则需指定比热如果施加了内部热生成率，则需指定比热 (C).

12、ANSYS提供的材料库提供的材料库 (/ansys57/matlib)包括几种常用材料的结构属性包括几种常用材料的结构属性 和热属性和热属性, 但是建议用户创建、使用自己的材料库但是建议用户创建、使用自己的材料库. 把优先设置为把优先设置为 “热分析热分析” ，使材料模型图形用户界面只显示材料的热，使材料模型图形用户界面只显示材料的热属性属性.实常数实常数 主要应用于壳单元和线单元主要应用于壳单元和线单元.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热分析热分析 -过程过程.前处理前处理划分网格划分网格. 存储数据文件存储数据文件. 使用使用 MeshTool 划分网格划分网格. 使用缺省的智能网格划分级别使用缺省的智能网格划分级别6可以生成很可以生成很好的初始网格好的初始网格.至此完成前处理，下面开始求解至此完成前处理，下

14、面开始求解.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热分析热分析 -过程过程求解求解荷载荷载指定的温度指定的温度 热分析的自由度

15、约束热分析的自由度约束 Solution -Loads-Apply Temperature 或或 D 命令系列命令系列 (DA, DL, D)热流热流 这些是面荷载这些是面荷载 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热分析热分析 -过程过程.求解求解绝热面绝热面 “完全绝热完全绝热”面，该面上不发生热传递面，该面上不发生热传递. 这是这是缺省缺省条件条件, 如如,没有指定边界条件的任何一个面都被自动作为绝热没有指定边界条件的任何一个面都被自动作为绝热面处理面处理.其它可能的热荷载其它可能的热荷载: 热通量热通量 (BTU / (hr-in2) 热流热流 (BTU / hr) 热生成率热生成

17、率 (BTU / (hr-in3) 热辐射热辐射 (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热分析热分析 -过

18、程过程.求解求解求解求解首先存储数据库文件首先存储数据库文件.然后输入然后输入 SOLVE 命令或点击菜单命令或点击菜单 Solution -Solve- Current LS. 结果被写入结果文件结果被写入结果文件, jobname.rth, 该结果文件同时也写入内存中的该结果文件同时也写入内存中的数据库文件数据库文件.至此完成求解过程至此完成求解过程. 下面进入后处理部分下面进入后处理部分.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热分析热分析 -过程过程后处理后处理查看结果查看结果典型的等值线绘图包括温度等值线，温度梯度等值线和热通量等值典型的等值线绘图包括温度等值线，温度梯度等值线和热通量等值线线 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热分析热分析 -过程过程.后处理后处理对对3-D 实体模型绘制云图时，选项实体模型绘制云图时，选项isosurfaces (