ANSYS热应力分析经典例题
ANSYS热应力分析经典例题
ANSYS热应力分析例题实例1——圆简内部热应力分折：有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。
该问题属于轴对称问题。
由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。
沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图1 3—2所示的矩形截面作为几何模型。
在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。
间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。
/filname,exercise1-jianjie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane55Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp $Finish/prep7 $Etchg,ttsKeyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allAllsel $Finish/solu $Antype,staticD,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rthAllsel $Solve $Finish/post1/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish/filname,exercise1-zhijie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane13Keyopt,1,1,4 $Keyopt,1,3,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28MP,KXX,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allALLSEL $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish318页实例2——冷却栅管的热应力分析图中为一冷却栅管的轴对称结构示意图，其中管内为热流体，温度为200℃，压力为10Mp,对流系数为11 0W／(m2•℃)；管外为空气，温度为25℃，对流系数为30w／(mz．℃)。
ANSYS_热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书
第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。
2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。
内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。
一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。
冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。
其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。
练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1.定义工作文件名及工作标题1)定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。
2)定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。
3)关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。
热应力分析例题
例1：有一截面为圆环形的输暖管道，如图7—17内外管道半径分别为200mm、800mm，管道内水的半径为80℃，管外表层温度为10℃，求管道内的热应力分布(假设管道内充满水)。
材料参数：弹性模量Z—120GPa泊松比v＝0.3线膨胀系数α＝1.3×10^-6m/m℃导热系数k=l.2w／m℃分析：该问题属于轴对称问题。
在进行有限元计算时，沿管道横截面取宽度50mm的矩形截面(如图7—18为计算模型，首先采用间接法进行对其进行热应力分析，然后再采用直接法进行分析，最后对二者求解结果进行比较分析。
间接法求解：Finish/clear/filname,thermal stresses in a long cylinder-indirect solution/prep7Et,1,plane55,,,1 !定义轴对称单元Mp,kxx,1,1.2Rectng,0.2,0.8,0,0.05Type,1Lsel,s,line,,1,3,2Lesize,all,,,10Lsel,s,line,,2,4,2Lesize,all,,,2Amesh,1Finish/solu !热传导求解Antype,staticLsel,s,line,,4Nsll,s,1D,all,temp,80Lsel,s,line,,2Nsll,s,1D,all,temp,10AllselOutpr,basic,allSolvefinish/post1Plnsol,tempFinish/prep7 !重新进入前处理，进行热应力耦合分析Etchg,tts !转化单元类型热单元55为结构单元42Keyopt,1,3,1 !定义单元关键字选项3为1（轴对称）Keyopt,1,6,1 !定义单元关键字选项6为1（无表面输出）Mp,ex,1,120e9 !输入材料结构性能参数Mp,alpx,,1.3e-6Mp,nuxy,1,0.3Lsel,s,line,,3Nsll,a,1Cp,7,uy,allallselCp,8,ux,1,14,24Cp,9,ux,2,12,13Finish/solu !热应力求解Antype,staticD,1,uy,,,11 !施加位移约束Ldread,temp,,,,,,rthSolveFinish/post1Plnsol,s,xPlnsol,s,yPlnsol,s,zFinish直接法求解：Finish/clear/filname,thermal stresses in a long cylinder-direct solution/prep7Et,1,plane13,,,1 !定义热应力耦合单元Keyopt,1,1,4 !定义单元关键字选项1=4（ux,uy,temp,az自由度）Keyopt,1,3,1 !定义单元关键字选项3=1（轴对称）Mp,ex,1,120e9 ！输入材料性能参数Mp,nuxy,1,0.3Mp,alpx,,1.3e-6Mp,kxx,1,1.2Rectng,0.2,0.8,0,0.05 !创建几何模型Type,1 !进行网格划分Lsel,s,line,,1,3,2Lesize,all,,,10Lsel,s,line,,2,4,2Lesize,all,,,2Amesh,1Lsel,s,line,,3Nsll,s,1Cp,7,uy,all !耦合节点AllselCp,8,ux,1,14,24Cp,9,ux,2,12,13Finish/soluAntype,static !热应力耦合求解Lsel,s,line,,4Nsll,s,1D,all,temp,80 !施加温度载荷Lsel,s,line,,2Nsll,s,1D,all,temp,10 !施加温度载荷AllselD,1,uy,,,11 !施加位移约束Outpr,basic,allsolveFinish/post1Plnsol,temp !输出温度场Plnsol,s,x !输出应力场Plnsol,s,yPlnsol,s,zfinish。
ANSYS热应力分析实例
A N S Y S热应力分析实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。
2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。
7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>MaterialPorps>Material Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。
7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：编号 1 2 3 4 5 6 7 8X 5 6 12 12 6 6 5 5Y 0 0 0 0.25 0.25 1 1 0.252、组成三个面：选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Area>Arbitrary>Throuth Kps”，由1,2,5,8组成面1；由2,3,4,5组成面2；由8,5,6,7组成面3。
Ansys-第36例--热应力分析(间接法)实例—液体管路
第36例热应力分析（间接法）实例一液体管路本例介绍了利用间接法进行热应力计算的方法和步骤：首先进行热分析得到结构节点温度分布，然后把温度作为载荷施加到结构上并进行结构分析。
36.1概述利用间接法计算热应力，首先进行热分析，然后进行结构分析。
热分析可以是瞬态的，也可以是稳态的，需要将热分析求得的节点温度作为体载荷施加到结构上。
当热分析是瞬态的时，需要找到温度梯度最大的时间点，并将该时间点的结构温度场作为体载荷施加到结构上。
由于•间接法可以使用所有热分析和结构分析的功能，所以对「•大多数情况都推荐使用该方法。
间接法进行热应力计算的主要步骤如下。
热分析瞬态热分析的过程在前例已经介绍过，下面介绍稳态热分析。
稳态热分析用于研究稳定的热载荷对结构的影响，有时还用于瞬态热分析时计算初始温度场。
稳态热分析主要步骤如bo1.建模稳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。
但需注意的是：稳态热分析必须定义材料的导热系数。
2.施加载荷和求解⑴指定分析类型。
Main Menu-*Solution-*Analysis Type~*New Analysis,选择Static.⑵施加载荷。
nJ■以施加的载荷有恒定的温度、热流率、对流、热流密度、生热率，Main Menu-*Solution-*Define Loadsf Apply—Thermal.（3）设置载荷步选项。
普通选项包括时间〔用于定义载荷步和子步）、每一载荷步的子步数，以及阶跃选项等，Main Menu-*Solution-*Load Step Opts—k Time/Frequenc->Time->Time Step.非线性选项包括:一迭代次数（默认25）, Main Menu-*Solution-*Load Step Opts-* Nonlinear-* Equilibrium Iter;翻开自动时间步长，Main Menu-*Solution-* Load Step Opts —Time/Frequenc—Time—Time Step 等.图36-11转换单元类型对话框设定单元轴对称选项拾取菜单Main Menu —Preprocessor—Element Type —Add/Edit/Delete 弹出“ElementTypes”对话框，单击其“Options”按钮，弹出如图36-12所示的对话框，选择“K3”下拉列表框为“Axisymmetric",单击“0K"按钮，然后单击"Element Types M对话框的“Close"按钮。
ansys系列-热载荷与过盈分析
1.问题描述如图1所示配合圆筒，内圆柱与外圆柱有0.002in 的过盈，尺寸、材料及载荷如表1所示，试分析在热载荷及过盈作用下应力分布情况。
图1配合圆柱参数Inner cylinder Outer cylinder a =.1875in.T i =200°F E =30x 106psi E =10.6x 106psi b 1=.40in.,b 2=.402in.T o =70°Fα=.65x 10-5in/in°F α=1.35x 10-5in/in°F c =.60in.ν=0.3ν=0.33K =2.2btu/hr-in-°FK =10.8btu/hr-in-°F2.求解过程（1）稳态热分析a 前处理部分选择耦合热单元plane77，由于模型轴对称，因此需要打开轴对称选项。
实参需要输入两种材料的传导系数。
定义网格大小为0.05in ，划分网格。
程序如下：/prep7et,1,plane77,,,1!打开轴对称mp,kxx,1,2.2!Steel conductivity mp,kxx,2,10.8!Aluminum conductivity rectng,.1875,.402,0,.05!模型rectng,.4,.6,0,.05asel,s,area,,1aatt,1,1,1!单元属性asel,s,area,,2aatt,2,1,1!单元属性asel,allesize,.05!单元大小amesh,all !划分网格b 加载及求解内圆柱内径温度T i =200°F ，外圆柱外径温度T o =70°F 。
由于内圆柱与外圆柱有过盈，两者没有接触面，因此需要用CP 命令将接触点温度耦合起来。
程序如下：nsel,s,loc,x,.1875!选择内圆柱内径节点d,all,temp,200!载荷施加nsel,s,loc,x,.6!选择外圆柱外径节点d,all,temp,70!节点施加nsel,allcp,1,temp,40,12cp,2,temp,48,13cp,3,temp,29,2!耦合接触面节点finish/soluSolve求解Finish（2）耦合分析a前处理部分选择耦合结构单元plane82，定义两种材料的热膨胀系数。
8-2传热及温度应力分析ANSYS算例
数为1.2 ×10−5 /K。分析在圆管和法兰内的稳态温度分布及热应力分布。
图 2-1 一个典型的焊接接头
建模要点 X根据换热边界条件和接头几何结构，圆管接头内的传热是轴对称的。法兰接头的结合面是
接头的对称面，只需要建立法兰接头的二分之一模型。圆管长度AB取 156mm，焊接接头 的斜度为 45o，接头截面形状及其几何参数如图 2-2（a）所示。根据热量传递的对称性， 截面上AH和BC边是绝热边界，边界AB、CDEFGH是对流换热边界。 Y在 ANSYS 环境中，设置分析类型、单元类型，输入材料参数。温度场分析选择 8 节点 4 边形单元 PLANE77，热应力分析选择 8 节点 4 边形单元 PLANE82。建立几何模型时，长度 单位取 mm，换热系数和导热系数的单元也要进行相应的换算。
UNIT2-1
TH-FEA(应用实例-UNIT2)
清华大学 曾攀
p根据接头截面端点的坐标生成关键点，由关键点连接成直线段，由直线段构成截面，再划 分单元网格。在 ANSYS 中，轴对称分析的对称轴是 y 轴。
q定义对流换热边界条件，先计算稳态场。再定义位移约束条件，稳态温度分布作为分布载 荷定义到节点上，计算热应力分布。 r首先分析轴对称的稳态温度场，通过命令< ETCHT,TTS >将转换单元类型转化为结构分 析。通过结果文件读取命令<LDREAD>读入温度场计算结果，把稳态温度场作为载荷施加 到单元上，再定义单元属性、材料参数和约束条件。 ]在后处理中，以云纹图或等值线方式显示温度分布，通过命令< PLVECT >以矢量图方式 显示热流分布。 ^注意单位的换算和匹配。
ANSYS热应力分析实例解析
23
双击“Thermal Expansion、Secant Coefficient、Isotropic”。
24
输入热膨胀系数为15e-6，参考温度20。
25
施加载荷
1.施加温度载荷。 Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Temperature>From Therm Analy
3
重点学习内容
1.间接法热应力分析步骤。 2.掌握平面应变的解决方案。 3.掌握对称结构分析方案。 4. 掌握稳态温度场计算方法。
4
更改文件名
更改文件名：Utility Menu> File> Change Jobname
5
选择单元
选择55号单元
Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete
6
设置材料属性
1.给定材料的导热系数40W/(m·℃) 。
Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models
7
建立实体模型（国际单位制）
1. 创建矩形A1：x1,y1(0,0)、x2,y2(0.01,0.07) MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions 2. 创建矩形A2：x1,y1(0,0.05)、x2,y2(0.08,0.07) 3.显示面的编号 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering 4. 对面A1和A2进行overlap操作 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans> Overlap>Areas
热应力仿真案例
热应力仿真案例热应力仿真是一种模拟材料或结构在温度变化时由于热膨胀系数不均匀、受约束条件限制而产生的内部应力的方法。
以下是一些使用不同软件进行热应力仿真的案例：1. **ANSYS Workbench 热应力简单案例**：- 当设备由不同热膨胀系数的材料组成时，即使各部分温度相同，冷却或加热过程中也会因为各材料不同的膨胀和收缩特性导致内部应力。
在Ansys Workbench中，可以建立多材料模型，施加温度边界条件，通过热固耦合分析（Thermal-Stress Analysis）来计算和可视化这种应力分布。
2. **PCB及封装结构热应力协同仿真**：- 在电子设计领域，使用SIwave等工具可以对印刷电路板（PCB）以及芯片封装结构进行热应力协同仿真。
例如，当电子器件工作发热时，结合温度场与结构力学分析，预测高温下PCB层间、焊点、封装材料等部位的热应力，防止因热疲劳导致的失效问题。
3. **ANSYS激光焊接过程热应力仿真应用**：- 使用Ansys Workbench可以模拟激光焊接过程中的温度演化和伴随的热应力生成。
通过对焊接接头几何模型进行详细的网格划分，并定义焊接工艺参数（如功率、扫描速度等），能够得出焊接过程中的瞬态温度场和应力场分布，为优化焊接工艺、减少焊接变形提供依据。
4. **ABAQUS热应力分析实例**：- 以刹车盘为例，在Abaqus中可以模拟刹车过程中由于剧烈摩擦产生的热量导致刹车盘快速升温，进而产生热应力的情况。
通过设置材料属性、接触条件、热源分布和边界条件，求解出刹车盘内部的温度分布和由此产生的热应力，有助于评估其热安全性及疲劳寿命。
这些仿真案例覆盖了从机械部件到电子组件的不同应用领域，通过现代CAE （计算机辅助工程）软件有效地帮助工程师们在设计阶段预测并解决潜在的热应力问题。
热应力耦合分析题目
计算机在材料科学中的应用（ANSYS 9.0）热--应力耦合分析题目：杆的长L=1m，杆横截面积2cmx2cm初始To=0C，初始内应力为0，一端升温至75 C，求杆的最终应力值(已知E=200GPa,K=60.5w/mxk,热膨胀系数12x10 6)1．加标题：命令：File>Change Title>Xia Keying2.建模创建两点>连接两点得到模型命令：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS - - - Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines> Lines>Straight Line命令：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令：Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete4．输入材料物性参数(即材料的热导率为K=60.5 w/mxk) 命令：Main Menu>Preprocessor>Material Models5．网格划分命令：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>All Lines命令：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool6.定义热分析物理环境命令：Main Menu>Preprocessor>Physics>Environment>Write清除Thermal的参数（集合环境参数），但保留几何实体命令：Main Menu>Preprocessor>Physics>Environment>Clear查看转换结果命令：Main Menu>Preprocessor> Element Type>Switch Elem Type输入弹性模量.泊松比.热膨胀系数命令：Main Menu>Preprocessor>Material Models定义物理环境名字命令：Main Menu>Preprocessor>Physics>Environment>Write定义单元类型命令：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis命令：Main Menu>Preprocessor>Physics>Environment>Read7.加载命令Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Keypoints命令：Main Menu>Solution>Solve>Current LS9.关闭求解器命令：Finish（文件保存在file.rth中）10.结构分析>导入结构命令：Main Menu>Preprocessor>Physics>Environment>Read定义位移约束命令：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoints11.添加实常数命令：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Temperature> From Therm Analy命令：Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>Referance Temp命令：Main Menu>Solution>Solve>Current LS14.通过单元列表显示定义命令：Main Menu>General Postproc>Element Table或者在命令栏里输入ETABLE,COMP,LS,1用列表显示命令：Main Menu>General Postproc>Element Table>List Table。
ansys热分析例题
(瞬态)a n s y s热分析例题2(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
【ANSYS算例】8.4(1)及8.4(2) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI)及命令流
【ANSYS算例】8.4(1) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI)一个由两根铜杆以及一根钢杆组成的支撑结构，见图8-8(a)；三杆的横截面积都为A=0.1 in2，三杆的端头由一个刚性梁连接，整个支撑结构在装配后承受一个力载荷以及升温的作用，分析构件的受力状况。
模型中的各项参数如表8-5所示，为与文献结果进行比较，这里采用了英制单位。
(a)三杆支撑结构(b)计算模型图8-8 三杆支撑结构的受力以及计算模型表8-5 三杆结构的模型参数材料参数载荷铜的弹性模量：16×106 psiQ = 4000 lb 铜的热膨胀系数：92×10-7 in/in·°F钢的弹性模量：30×106 psiΔT = 10°F 钢的热膨胀系数：70×10-7 in/in·°F解答：计算模型如图8-8(b)所示。
采用2D的计算模型，使用杆单元2-D Spar (or Truss) Elements (LINK1)来进行建模，假设杆的长度为20in，杆的间距为10in，设定一个参考温度(700F)，三杆连接的刚性梁采用约束方程来进行等效。
建模的要点：⑴首先定义分析类型并选取单元，输入实常数；⑵建立对应几何模型，并赋予相应的单元类型所对应的编号值，采用耦合方程来进行刚性梁连接的等效⑶在后处理中，用命令<*GET >来提取其计算分析结果(频率)；⑷通过命令<*GET >来提取构件的应力值。
最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表8-6。
表8-6 ANSYS模型与文献的解析结果的比较构件的应力/ psi Reference 8.4(1)的结果ANSYS结果两种结果之比钢杆的应力19 695. 19 695. 1.000铜杆的应力10 152. 10 152. 1.000Reference 8.4(1):Timoshenko S. Strength of Material, Part I, Elementary Theory and Problems!3rd Edition! New York: D. Van Nostrand Co., Inc., 1955, 30给出的基于图形界面的交互式操作(step by step)过程如下。
四个ANSYS热分析经典例子
实例1：某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。
几何参数：筒外径30 feet总壁厚2 inch不锈钢层壁厚0.75inch玻纤层壁厚1 inch铝层壁厚0.25inch筒长200 feet导热系数不锈钢8.27BTU/hr.ft.o F玻纤0.028 BTU/hr.ft.o F铝117.4 BTU/hr.ft.o F边界条件空气温度70 o F海水温度44.5 o F空气对流系数2.5 BTU/hr.ft2.o F海水对流系数80 BTU/hr.ft2.o F沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1 度进行分析，如图示。
/filename，Steady1/title，Steady-state thermal analysis of submarine/units，BFTRo=15 !外径(ft)Rss=15-(0.75/12) !不锈钢层内径ft)Rins=15-(1.75/12) !玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft)Tair=70 !潜水艇内空气温度Tsea=44.5 !海水温度Kss=8.27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Kins=0.028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Kal=117.4 !铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5 !空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)prep7et，1，plane55 !定义二维热单元mp，kxx，1，Kss !设定不锈钢的导热系数mp，kxx，2，Kins !设定玻璃纤维的导热系数mp，kxx，3，Kal !设定铝的导热系数pcirc，Ro，Rss，-0.5，0.5 !创建几何模型pcirc，Rss，Rins，-0.5，0.5pcirc，Rins，Ral，-0.5，0.5aglue，allnumcmp，arealesize，1，，，16 !设定划分网格密度lesize，4，，，4lesize，14，，，5lesize，16，，，2Mshape，2 !设定为映射网格划分mat，1amesh，1mat，2amesh，2mat，3amesh，3/SOLUSFL，11，CONV，HAIR，，TAIR !施加空气对流边界SFL，1，CONV，HSEA，，TSEA !施加海水对流边界SOLVE/POST1PLNSOL ！输出温度彩色云图finish实例2一圆筒形的罐有一接管，罐外径为3 英尺，壁厚为0.2 英尺，接管外径为0.5 英尺，壁厚为0.1英尺，罐与接管的轴线垂直且接管远离罐的端部。
ANSYS热应力分析实例
ANSYS热应力分析实例ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以对复杂的物理系统进行分析。
其中之一的热应力分析可以用于评估材料在温度变化下的变形和应力分布情况。
下面将给出一个ANSYS热应力分析实例进行详细说明。
实例场景描述：假设我们有一个高温容器，容器由一种特定材料制成，在加热的过程中，容器内的温度会达到1500°C，我们希望了解容器在这种高温下的变形和应力情况。
实例步骤：1.创建几何模型首先，我们需要在ANSYS中创建几何模型。
可以通过几何建模软件（如SolidWorks）创建一个容器的3D模型，然后将该模型导入ANSYS中。
确保在导入模型时尽量保留几何体的完整性。
2.定义材料属性在进行热应力分析之前，需要提前定义材料的热力学性质。
对于我们的实例中的容器材料，需要知道其热导率、热膨胀系数、Young弹性模量和泊松比等参数。
这些参数可通过材料手册或实验测试获得。
3.设置边界条件在ANSYS中，我们需要设置边界条件以模拟实际工作环境。
对于本实例，我们需要设置容器表面的边界条件为1500°C，同时设置容器底部为固定边界，以防止其在分析过程中移动。
4.进行热传导分析在进行热应力分析之前，需要进行热传导分析。
在这一步骤中，我们需要使用热传导方程计算材料内部的温度分布情况。
这些结果将作为后续热应力分析的输入。
5.进行热应力分析在得到热传导分析的温度分布结果后，我们可以开始进行热应力分析。
在这一步骤中，ANSYS会根据材料的热膨胀系数计算出由温度变化引起的应变，并进一步计算出引起的应力分布。
通过这些结果，我们可以了解容器在高温下产生的变形和应力情况。
6.结果分析与后处理最后，我们需要对热应力分析的结果进行分析和后处理。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以对应力分布、应变分布、变形分布等进行可视化和统计分析。
我们可以通过这些工具来评估容器在高温下的耐受性和结构完整性。
总结：以上是一个ANSYS热应力分析的简单实例，通过分析容器在高温下的变形和应力情况，我们可以评估容器在实际工作环境中的性能。
ANSYS热应力分析实例
ANSYS热应力分析实例在航天器的火箭发动机喷管系统中，热应力是一个非常重要的考虑因素。
在发动机工作过程中，高温燃烧气体通过喷管流过时，会导致喷管内壁产生高温，并引起温度梯度。
这种温度梯度会导致喷管内壁的膨胀和应力的产生，如果超过喷管材料的承受能力，就会发生破裂和损坏。
为了评估火箭发动机喷管系统的热应力情况，我们可以使用ANSYS进行分析。
首先，我们需要建立一个喷管的几何模型，并定义材料属性和边界条件。
然后，我们可以设置热负荷和温度梯度。
接下来，我们使用ANSYS的热分析功能来模拟燃烧气体通过喷管的过程，从而计算出喷管内壁的温度分布。
通过这个分析，我们可以获得各个点的温度数据。
然后，我们可以将温度数据输入到ANSYS的结构分析模块中，使用热-结构耦合功能来计算喷管内壁的应力分布。
这个分析可以帮助我们判断喷管在工作状态下是否会产生过大的热应力。
最后，我们可以根据得到的结果来评估喷管的安全性，并根据需要进行设计优化。
如果发现有区域的热应力超过了材料的承受能力，我们可以考虑增加材料厚度或者改变材料的性质来提高喷管的耐热性能。
通过使用ANSYS进行热应力分析，我们可以更好地理解喷管的热响应，并提前预测和防范潜在的问题，从而提高火箭发动机系统的可靠性和安全性。
总结起来，ANSYS热应力分析在航天器火箭发动机喷管系统中的应用非常重要。
通过该分析，我们可以评估喷管在工作过程中是否会产生过大的热应力，并提前采取相应的措施来防止潜在的破裂和损坏问题。
这种分析方法可以提高设计的可靠性和安全性，减少后续维修与改进方面的开支和工作量。
ANSYS热应力分析实例
ANSYS热应力分析实例热应力是指由于温度变化引起的材料内部应力。
在工程设计中，热应力分析对于预测材料在实际使用条件下的性能至关重要。
ANSYS是一款领先的有限元分析软件，可以在工程设计和分析中进行热应力分析。
本文将介绍一个简单的热应力分析实例，以帮助读者了解如何使用ANSYS进行该类型的分析。
在这个实例中，我们将使用ANSYS来模拟一个由钢材制成的热板，在其表面施加热流。
我们将分析在不同的热流条件下，热板表面的温度分布及由此产生的热应力。
首先，我们需要在ANSYS中建立模型。
我们选择建立一个二维平面应力模型，模型尺寸为2mx1m。
我们为钢材定义材料属性，包括杨氏模量和泊松比。
接下来，我们为模型施加边界条件，固定模型的下边界，模拟一个定量的热流施加在模型的上边界。
然后，我们需要定义热流的边界条件。
我们选择在模型的上边界施加一个固定的热流密度，例如1000W/m^2、我们还需要定义热板的初始温度，通常可以选择室温或其他合适的温度。
接下来，我们进行热传导分析。
在ANSYS中，我们可以通过定义热传导方程和边界条件来模拟热流的传导行为。
我们将求解热传导方程，得到热板上每个点的温度分布。
一旦我们得到了热板的温度分布，我们可以通过热传导方程计算热应力。
热应力是由于温度变化引起的材料内部应力，可以通过考虑材料的热膨胀系数和热导率来计算。
在ANSYS中，我们可以使用热应力分析模块来计算模型中每个点的热应力。
最后，我们可以通过后处理功能来查看热板表面的温度分布和热应力分布。
我们可以将结果可视化为温度云图和热应力云图，以便更直观地理解热应力的分布情况。
我们还可以提取特定点的温度和热应力数值，以帮助评估热板在不同热流条件下的性能表现。
总的来说，热应力分析是工程设计中非常重要的一部分，能够帮助工程师预测材料的性能并优化设计。
ANSYS作为一款功能强大的有限元分析软件，可以帮助工程师进行精确的热应力分析，并提供丰富的可视化和后处理功能。
基于ANSYS的某刚性梁的热应力分析
Ｎ， ，１ 一１ ６ ，
图 １外 力 合 温 度 作 用 下 的 平 行 杆 刚 架模 型
ＦＩ工 Ｉ Ｅ，１ ４ ， １ ． 元 类 型 、 材 料 属 性 及 单 元 实 常 数 我 们 选 用 二 维 杆 单 元 ２单 ＬＮ ｔ 可 以 用 于 许 多 工 程 领 域 ， 以 将 其 看 作 是 桁 架 、 杆 或 者 弹 Ｉ Ｋ１ 它 ｎ 可 连 簧 等构 件 。二 维 单 元 是 带 有 两 个 节 点 ， 个 节点 有 ２个 沿 ｘ 和 Ｙ方 向 每
【 摘 要 】 本文用 Ａ ＹＳ软件对一平行杆件 与刚性梁连接 的热应 力问题进行 了有限元分析 ， 算了其 热应力 ， ＮＳ 计 并与理论解进行 了对比 ， 其 Ａ ＹＳ解与 理 论 解 完全 一 致 。从 而 论 证 了用 有 限 元进 行 结 构 分 析 的优 越 性 。 ＮＳ 【 关键词 】 ＹＳ 有 限元 ； ＡＮＳ ； 刚性梁 ； 热应力 １ 刚性 梁 热 应 力 的 理 论 解 和 有 限 元解 。 １１问 题 概 述 长 度 ｆ１ 的 两 根 铜 杆 和一 根 铁 杆 ＿ 平 行 地 铰 结 ． ＝ｍ ｌ １ ， 在 刚 性 壁 和 刚 性 梁 之 间 （ 图 １所 示 ） 它 们 的 横 截 面 都 等 于 Ａ＝ 如 ， ６ ｍ ， 和 铁 的 弹 性 模 量 分 别 等 于 丘＝ ０ Ｇ ａ和 Ｅ＝ １ＧＰ ， 膨 胀 ５ ｍ 刚 １０ Ｐ 。２ ０ ａ热 系数 分 别 等 于 吼＝ ．ｘ ℃和 ＝ ．ｘ Ｏ １ ｌ ６ １ ｌ ℃。刚 性壁 上 铰 节 点 之 间 的 ３ 距离 为 １ 试计算在 刚性梁 中部 的集中力为 Ｑ ４ Ｏ Ｏ ｍ， ＝ Ｏ Ｏ Ｎ作用下 ， 温度 升 高 Ｖ ＝ ０Ｃ 后 ， 杆 件 中 的应 力 。 Ｔ １ ｏ以 ３根 在 两 个 相 距 ／ｌ 的 刚 性 面 之 间 有 一 根 等 截 面 杆 ＿ 杆 件 材 料 的 弹 ＝ｍ ｌ １ ， 性 模 量 Ｅ ２ ０ Ｐ ， 在距 离 上端 ａ ０３ 和 ０６ 截 面 位 置 处 分 别 为受 ＝ １Ｇ ａ ＝． ｍ ．ｍ 到沿 杆 件 轴 向 的 两 个 集 中力 Ｆ＝ ０ ０ 。１０ Ｎ和 Ｆ＝ ０ Ｎ （ 图 １所 示 ）本 ２５０ 如 ， 文利 用 二 维 杆 单 元 ＵＮ 确 定 两 个 刚性 面 对 杆 件 的支 反 力 Ｒ 和 Ｒ 。 Ｋ１ 。 ２
ANSYS热应力分析实例
17
转换分析类型
1.退出后处理器。 Main Menu>Finish 2. 修改分析名称为thermal-stress Utility Menu>File>Change Jobname
18
3.转换单元类型 。 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Switch Elem Type
1问题描述2如图所示结构外侧恒温60内侧恒温0该结构下端固定其材料均为铸铁弹性模量2105mpa泊松比03导热系数为40wm热膨胀系数为15106该结构的安装温度为20
1
问题描述
如图所示结构，外侧恒温60℃，内侧恒温0℃，该结构下端固定，其 材料均为铸铁，弹性模量2 ×105MPa，泊松比0.3，导热系数为40W /(m· ℃) ，热膨胀系数为15 ×10-6/℃，该结构的安装温度为20℃。
注：S标志表示对称约束。
28Leabharlann 解Main Menu>Solution>Solve>Current LS
29
查看计算结果
Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu
30
31
保存
32
33
8
9
划分网格
1. 打开Meshtool对话框 Main Menu> Preprocessor> Meshing> MeshTool 2. 设定网格尺寸为0.002，网格形状为四面体映射网格。 3.mesh
10
11
施加载荷
1. 进入Solution处理器。 Main Menu>Solution 2. 设定分析类型为“steady-state”。 Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis 3. 在外边界线上定义温度载荷60。 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Lines 4.在内边界线定义温度载荷0。 5. 图形窗口显示线。 Utility Menu>Plot>Lines
ANSYS热应力分析-实例
Workshop Supplement
练习4B 热应力分析 直接耦合场
带翅片的管
4B. 热应力分析 – 直接应力场
带翅片的管
说明 •
Workshop Supplement
在这个练习题中,我们将 用直接应力场的方法重做前面的题目。 这个轴对称的翅片将被用来分析以前施加的热和结构荷载。
4B. 热应力分析 – 直接应力场
Workshop Supplement
4A.热应力分析 –耦合场
带翅片的管
Workshop Supplement
4A.热应力分析 –耦合场
带翅片的管
14e. 画纵向(轴向)的应力图:
– – Main Menu > General Postproc > Plot Results > -Contour Plot- Nodal Solu ... • 拾取 “Stress” 和 “Y-direction SY”, 然后按 [OK] 或用命令: PLNSOL,S,Y
Utility Menu > Select > Everything 或用命令: CP,1,UY,ALL ALLSEL,ALL
4A. 热应力分析 –耦合场
带翅片的轴对称管
11. 将内部压力施加在线上:
– Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Pressure > On Lines + • – 拾取线 9和13, 然后按 [OK] • 将VALUE设为 1000, 然后按 [OK] 或用命令: SFL,9,PRES,1000 SFL,13,PRES,1000
–
9.
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ANSYS热应力分析例题实例1圆简内部热应力分折：有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。
该问题属于轴对称问题。
由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。
沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。
在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。
间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。
/filname,exercise1-jianjie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane55Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp $Finish/prep7 $Etchg,ttsKeyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allAllsel $Finish/solu $Antype,staticD,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rthAllsel $Solve $Finish/post1/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish/filname,exercise1-zhijie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane13Keyopt,1,1,4 $Keyopt,1,3,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28MP,KXX,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allALLSEL $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish实例2冷却栅管的热应力分析图中为一冷却栅管的轴对称结构示意图，其中管内为热流体，温度为200℃，压力为10Mp,对流系数为110W／(m2•℃)；管外为空气，温度为25℃，对流系数为30w／(mz．℃)。
栅管材料参数如表13—2所示，求栅管内的温度场和应力场分布。
根据对称性，并在图示边界线段上施加对称边界约束，进行热应力分析求解。
FINISH $/CLEA/filname,exercise2/title,thermal stresses in an axisymmetrical pipe/prep7 $et,1,plane13 $Keyopt,1,1,4mp,ex,1,200e9 $Mp,alpx,1,1.5e-5mp,prxy,1,0.3 $mp,kxx,1,30rectang,0.12,0.16,0,0.07 $ rectang,0.16,0.4,0.025,0.045 $ rectang,0.38,0.4,0.015,0.055k,100,0.15,0.055 $k,101,0.15,0.015aadd,all $numcmp,linelfillt,8,12,0.01 $lfillt,7,9,0.01ldiv,9,0.8 $ldiv,12,0.8L2tan,12,-6 $L2tan,9,5al,15,16,17 $al,18,19,20al,14,22,23 $al,13,21,24aadd,1,2,4 $aadd,5,6aadd,1,3 $numcmp,lineesize,0.0025 $wpstyle,,,,,,,,1csys,4 $kwpave,100wprot,0,0,90 $asbw,2wprot,0,90 $asbw,3kwpave,101 $asbw,4kwpave,16 $wprot,0,-90 $asbw,5 kwpave,19 $asbw,6kwpave,12 $asbw,7amesh,1,3 $amesh,5,8,3amap,4,15,16,18,17 $amap,6,19,20,9,12 allsel $wpstyle,,,,,,,,0csys,0 $nsel,s,loc,y,0cp,1,uy,all $allsel $finish/solu $antype,staticSfl,3,pres,10e6 $Sfl,3,conv,110,,200 Lsel,s,,,4,18 $Lsel,a,,,20,21Sfl,all,conv,30,,25 $Lsel,s,,,17,20,3Dl,all,,symm $lsel,s,,,18,21,3Dl,all,,symm $allselOutpr,basic,all $Solve $Finish/post1 $Set,last/title, temperature contoursPlnsol,temp/title,sum displamentl contoursPlnsol,u,sum/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv/expand,9,axis,,,10/view,1,1,1,1/title,temperature contoursPlnsol,temp/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish实例3两无限长平扳热膨胀分析：有两块厚度均为0.02mm的无限长平板1和2，受如图13—52所示约束。
平板初始温度为20℃，求将其加热到800℃时平板内部的应力场分布(平板材料参数见表)。
根据题意，忽略平板沿长度方向的端面效应，将问题简化为平面应变问题。
在分析过程中取两平板的横截面建立几何模型，并选取plane13热一结构锅台单元进行求解。
/filname,exercise3/title,thermal expansion between two infinite flat/prep7 $et,1,plane13 $Keyopt,1,1,4mp,alpx,1,1.5e-5 $mp,ex,1,1.0e11mp,prxy,1,0.25 $mp,kxx,1,65mp,prxy,2,0.3 $mp,ex,2,2.0e11mp,kxx,2,30 $mp,alpx,2,2.5e-5rectng, 0,0.1,0,0.02 $ rectng, 0.1,0.3,0,0.02esize,0.02 $mat,1 $amesh,1 $mat,2 $amesh,2nummrg,all $numcmp,all/solu $antype,staticAutots,on $lsel,s,,,4,6,2Nsll,s,1 $d,all,uxTref,20 $bfunif,temp,800Allsel $solve/post1 $Set,last/plopts,info,on/title, temperature contoursPlnsol,temp/title,sum displamentl contoursPlnsol,u,sum/title,x direction displament contoursPlnsol,u,x/title,y direction displament contoursPlnsol,u,y/title,sum direction displament contoursPlnsol,u,sum/title,x direction stress contoursPlnsol,s,x/title, y direction stress contoursPlnsol,s,y/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish实例4包含焊缝的金属板热膨胀分析某一平板由钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，平板尺寸为1×1×0.2，横截面结构如图13—68所示。
平板初始温度为800℃，将平板放置于空气中进行冷却，周围空气温度为30℃，对流系数为110W／(m2．℃)。