ANSYS Example07热-结构耦合分析算例 (ANSYS)
ansysworkbench结构热耦合教材
标题：深度解析ANSYS Workbench 结构热耦合教材在工程领域，ANSYS Workbench 结构热耦合是一个非常重要而复杂的主题。
它涉及到结构分析和热传导的耦合问题，在工程实践中有着广泛的应用。
本文将对ANSYS Workbench 结构热耦合教材进行全面评估，并共享个人观点和理解。
1. 教材概述ANSYS Workbench 结构热耦合教材是针对结构分析和热传导耦合问题而编写的教材，它包含了理论知识与实际应用相结合的内容。
教材以简洁清晰的语言，系统地介绍了ANSYS Workbench 中结构热耦合分析的基本原理、方法和操作步骤，并通过大量的例题进行了详细演示与讲解。
2. 主题深度探讨在教材中，对结构热耦合分析的基本原理和数学模型进行了深入讲解。
通过对热传导方程和结构强度理论的介绍，使学习者能够了解结构受热载荷作用下的变形和应力分布规律。
教材还涵盖了ANSYS Workbench 中热-结构耦合分析的建模和网格划分技术，使学习者能够掌握仿真分析的关键技术。
3. 教材回顾与总结ANSYS Workbench 结构热耦合教材通过丰富的案例分析和实例演示，帮助学习者深入理解了结构热耦合分析的实际应用。
从简单的热传导问题到复杂的结构热耦合分析，教材覆盖了多个领域和行业的案例，为学习者提供了丰富的学习资源。
通过总结与回顾，学习者可以全面、深刻地领会结构热耦合分析的理论与实践。
4. 个人观点与理解在学习和掌握ANSYS Workbench 结构热耦合教材的过程中，我对结构热耦合分析有了更深入的理解。
通过教材的系统学习，我认识到在工程实践中，结构热耦合分析能够为工程设计和优化提供重要依据，尤其在高温场、冷却系统、电子器件等领域有着广泛的应用。
我也意识到结构热耦合分析需要综合考虑材料性能、热载荷和结构强度等多个因素，需要综合运用结构分析、热传导分析与ANSYS仿真技术，具有一定的复杂性和挑战性。
总结而言，ANSYS Workbench 结构热耦合教材涵盖了结构热耦合分析的基本理论与实际应用，是学习者系统学习结构热耦合分析的重要参考资料。
热-结构耦合分析
热－结构耦合分析1 前言增压器的工作原理是，通过发动机废气推动涡轮叶轮高速旋转，吸收发动机排气的能量，同时带动同轴的压气机叶轮，压缩新鲜空气到发动机气缸内，起到增压的目的。
涡轮叶轮不仅承受着高转速所带来的离心力作用，还要面对发动机所排出的700℃左右的高温，因此涡轮叶轮的可靠性就显得尤为重要。
一般的涡轮叶轮采用镍基高温耐热合金材料，有良好的高温机械性能，但由于其密度大，直接影响增压器的加速性。
采用轻质材料可以大幅度提高增压器瞬态响应性，但材料的高温特性还需要进一步验证。
本文讨论涡轮叶轮采用钛铝合金后，针对试验前期的强度计算、试验结果分析以及试验后再进行的强度验算等情况的变化，进行了分析和总结，同时根据分析结果修改了叶轮设计过程的强度计算方法，进一步提高了设计准确度。
2 涡轮叶轮结构、材料特性和计算边界条件本文研究的涡轮叶轮为向心混流式叶轮，叶轮最大直径为136.2mm，叶片由12 片组成，整个叶轮重量在采用了钛铝合金材料后，由原来的2.4 公斤减为1.15 公斤。
该材料密度为3.9g/cm3，常温下屈服强度σp0.2＝452MPa，抗拉强度σb＝533Mpa，随温度变化趋势图见图1，材料性能如表1 所示。
图1 钛铝材料抗拉强度、屈服强度趋势图表1 TiAl 涡轮叶轮材料性能为了降低计算规模，根据涡轮叶轮旋转对称结构的特点，在计算过程中取叶轮的1/12 模型，设置周期性边界进行计算、分析。
网格选用8 节点六面体实体单元SOLID45，在叶片的圆角处进行了网格细化，同时根据实际情况定义了位移约束。
3 试验结果分析涡轮叶轮采用钛铝合金材料后，为验证其可靠性，进行了超速破坏试验，当增压器转速达到90000 转/分钟后，涡轮叶轮发生断裂，如图2 所示。
经初步分析，叶轮可能是从轮背与轴的交界处开始断裂的，断裂位置如图3 所示。
图2 TiAl 涡轮叶轮破坏情况图3 TiAl 涡轮叶轮断裂位置试验结果和前期设计过程中叶轮静强度计算结果对比发现，叶片最大应力集中的区域，并不在试验样件断裂的位置，最大应力集中区域为图4 标识区域中叶片根部，为605.259MPa，实际断裂位置为470.962MPa。
ansys热流双向耦合+结构单向耦合
ANSYS软件是一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域的热流双向耦合和结构单向耦合分析。
本文将从热流双向耦合和结构单向耦合的基本原理、ANSYS软件的应用方法以及应用案例等方面进行介绍和分析。
一、热流双向耦合的基本原理1. 热流双向耦合是指热传导和流体流动之间相互影响的耦合分析方法。
2. 在热流双向耦合分析中，热传导和流体流动之间存在相互影响的物理过程。
热传导会导致流体的温度分布发生变化，而流体的流动又会影响热传导的过程。
3. 热流双向耦合分析可以用于模拟汽车发动机的冷却系统、航空发动机的燃烧室等工程问题，对于研究热传导和流体流动之间的复杂耦合现象具有重要意义。
二、结构单向耦合的基本原理1. 结构单向耦合是指结构应力和温度之间的单向耦合分析方法。
2. 在结构单向耦合分析中，结构的应力状态会随着温度的变化而发生变化，而温度的变化不会受到结构应力的影响。
3. 结构单向耦合分析可以用于模拟航空航天器在进入大气层时的热应力行为、电子器件的热机械性能等工程问题，对于研究结构应力和温度之间的复杂耦合现象具有重要意义。
三、ANSYS软件的应用方法1. ANSYS软件是目前应用最为广泛的有限元分析软件之一，具有强大的热流双向耦合和结构单向耦合分析功能。
2. 在进行热流双向耦合分析时，可以利用ANSYS软件中的流体动力学模块和热传导模块进行耦合求解，得到热传导和流体流动的相互影响结果。
3. 在进行结构单向耦合分析时，可以利用ANSYS软件中的结构分析模块和热分析模块进行耦合求解，得到结构应力和温度之间的单向耦合结果。
四、应用案例分析1. 以汽车发动机冷却系统为例，可以利用ANSYS软件进行热流双向耦合分析，研究冷却水在发动机中的流动和散热过程，为发动机的热管理设计提供依据。
2. 以航空航天器进入大气层时的热应力行为为例，可以利用ANSYS 软件进行结构单向耦合分析，研究航空航天器在高速进入大气层时的热应力分布，为材料选型和结构设计提供依据。
ANSYS经典_M07热-应力耦合分析
热-应力分析
…顺序耦合
d) 施加结构载荷并把温度作为载荷的一部分.
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
Solution > -Loads- Apply > -Structural- Temperature > From Therm Analy 或使用 LDREAD 命令 e) 求解. f) 查看应力结果.
January 30, 2001 Inventory #001441 7-2
热-应力分析
A. 概述
热应力的产生 结构受热或变冷时,由于热胀冷缩产生变形. 若变形受到某些限制—如位移受到约束或施 加相反的力—则在结构中 产生热应力. 产生热应力的另一个原因是由于材料不同而 形成的不均匀变形(如, 不同的热膨胀系数).
热-应力分析
… 顺序耦合 和 直接耦合 的比较
顺序耦合
– 对不是高度非线性的耦合情况, 顺 序方法更有效,更灵活,因为可 以相互独立地执行两种分析. – 在顺序热-应力分析中,例如,在 非线性瞬态热分析之后可以紧接 着进行线性静力分析. 然后可以 把热分析中任意荷载步或时间点 的节点温度作为应力分析的载荷.
1. 首先做一个稳态 (或瞬态) 热分析
建立热单元模型 施加热载荷 求解并查看结果 2. 然后做静力结构分析 把单元类型转换成结构单元. 定义包括热膨胀系数在内的结构材料属性. 施加包括从热分析得到的温度在内的结构载 荷 求解并查看结果
热分析
jobname.rth 温度
结构分析
jobname.rst
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS热结构耦合命令流算例
＝＝＝＝＝【热力耦合分析单元简介】＝＝＝＝＝＝SOLID5－三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。
在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9－二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。
使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。
PLANE13－二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31－辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。
LINK32－二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33－三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
用ANSYS进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结
采用ansys进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结温度场和结构的耦合有两种：间接和直接。
间接法，可以理解为先做温度场的分析，再做结构的分析，其中要引入温度场分析的结果。
在不同的分析里，单元的性质是不同的，但DOF一定要一致。
直接法，和上述方法不同的地方是，单元是直接就定义为含有温度和结构耦合的单元，然后直接做分析，即不需要分为两个步骤。
瞬态分析，一样可以用上述两个方法。
只是运用第一个时要十分清楚载荷步与分析的关系，虽然比第二种灵活，但处理起来也十分麻烦。
在做温度场的瞬态分析，根据需要，在合适的载荷步停顿，做结构分析（如果想省去单元定义转换的麻烦，那么就定义physics环境切换）。
做完结构分析，再开启温度场分析（一样要转换环境），这里为确保从某一载荷步出发，我们用FLOCHECK,2，然后继续加载边界条件求解。
耦合的过程很公式化，但是要让其符合你的要求，就要很小心数据的提取。
还有一个问题，结构分析时需不需要删除热边界条件。
需要删除热边界条件，比如对流等等。
一般情况下，不考虑变形对温度的影响（因为特别小），采用间接耦合，即先计算温度场，然后读取温度场结果，进行结构分析。
........................载荷步是为了表达随时间变化的载荷，也就是说把载荷—时间曲线分成载荷步。
这是瞬态与稳态分析最大的不同。
分析时对于每一个载荷步都要定义载荷值和对应的时间值。
而分析类型应定义为瞬态分析，每计算一个载荷步时，都要删掉上一个载荷步的温度，除非这些节点的温度在瞬态与稳态分析中都相同。
至于单元，个人推荐使用SOLID62，无论是分网还是施加载荷都比教方便，基本可满足各类瞬态分析计算条件。
......................首先了解一个概念，顺序耦合或是直接耦合的选择是针对不同的问题选择的，一般地，当温度变化对于结构的力学影响相对很小的时候，也就是说可以忽略的情况下，我们称之为单向弱耦合，此时采用顺序耦合很方便，例如焊接过程，这样可以节省分析时间！而对于诸如车的制动系统即车闸盘与闸片的接触，在制动过程中，由于闸片与闸盘的摩擦生热会影响两者的接触，同时由于闸盘的减速对闸片的生热也会有很大影响，所以两者是强耦合，只能采用直接耦合！你需要选择合适的耦合方法才能更好的求解你的问题！从实际情况来讲，直接耦合是最接近现实的耦合方法，但同时求解也会存在困难性！你的模型如果是热力过程同时进行的话，那么这个求解过程无疑是瞬态的，每一点每一时刻的温度值都是需要读入力学分析中的相应时刻的，不存在“静态力分析和瞬态热分析的过程！当然，如果你的分析过程是模型先受热后才开始力载荷的作用，那可以进行”静态力分析“，此时你的模型热分析的温度值你只需对最终的温度值以载荷形式赋与结构分析中去，当然，这种过程也就不叫做耦合了！.....................顺序法热力耦合的基本思路是：在热载荷作用下温度场分析的过程，是热梯度分布渐变的过程。
Ansys耦合热分析教程解读
物理环境 (续)
同时，确认网格划分的密度在所有物理环境中都能得到可以接收的 结果。如：
这种划分方法在热分析中可以得到 满意的温度分布，但. . .
. . . 这样的网格密度在结构分析中
才能得到准确的结果。
物理环境方法允许载一个模型中定义最多9种物理环境。这种方法 当考虑多于两个场的相互作用时或不能在每个环境中使用不同的数 据库文件的情况下比较适用。要得到关于间接问题的物理环境方法， 可以参考《耦合场分析指南》的第二章。
间接方法
间接方法 用于求解间接耦合场问题。它需要连续进行两个单场的
分析(而不是同时)，第一种分析的结果作为第二种分析的载荷。如:
热
结构
热
结构
许多问题需要热到结构 的耦合(温度引 起的热膨胀) 但反之不可 结构到热 耦合是可以忽略的(小的应变 将不对初始的热分析结果产生影响)
在实用问题中，这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用的 是单场单元，不用进行多次迭代计算。
1.建立，加载，求解 热模型
5b.写节点文件 (NWRITE) 并存储结 构文件
5c.读入热模型并进行 温度插值 (BFINT)
结束 5d. 读入结构模型并读 入体载荷文件 (/INPUT)
9. 后处理
4.定义结构材料特性
6. 指定分析类型，分 析选项和载荷步选项
7. 指定参考温度并施 加其它结构载荷
流程细节 (续)
5B. 从热分析中施加温度体载荷(LDREAD 命令):
5B 确定结果的 时间和子步 确定温度结 果文件 9. 求解当前载荷步
8. 存储并求解
流程细节
下面是热-应力分析的每步细节。
1. 2.
建立热模型并进行瞬态或稳态热分析，得到节点 上的温度。 查看热结果并确定大温度梯度的时间点 (或载荷步 /子步)。
热-结构耦合(单元转换)
ANSYS热－结构耦合分析实例在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大。
很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力。
ANSYS提供了很方便的热分析－结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能。
(1) 首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad 4 node 55 号热分析单元(2) 进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props->Material Models，添加热传导速率参数Thermal->Conductivity->Isotropic，设定热传导速率为0.07。
添加力学属性Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2。
添加热膨胀系数Structural->ThermalExpansion->Secant Coefficient->Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。
(1) 开始建立模型。
还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型。
首先建立关键点。
在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，输入以下关键点信息(2) 下面开始建立弧线。
在ANSYS主菜单Preprocessor-> Modeling-> Create-> Lines-> Arcs-> By End KPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧。
Ansys热固耦合分析及参数化设计
Ansys Workbench热固耦合分析及参数化设计机械安装或者发热的零件经常需要知道受热后变形及热应力，常规的计算很难满足要求，目前可以利用有限元软件进行热固耦合计算，查看所需的结果问题描述：内轴直径∅50mm，外环与内圈最大有0.025mm的一个过盈量，采用热套的方式进行装配，试确定外环需加热到多少温度？1、打开软件，建立所需模型（可直接在CAD软件中建立导入）2、双击Steady-State Thermal,右键Geometry---Import Geometry---Browse导入建好的模型右键Solution---Transfer Date To New---Static Structural建立稳态热和结构场的耦合关系2、双击进入Steady-State Thermal模块下的Gometry，检查模型，退出；再双击Model,进入载荷和边界条件设置，材料默认为structural steel（注意：需确定材料的热膨胀系数）,设置网格大小，点击生成网格（只需导入外环模型即可）3、Steady-State Thermal模块下插入Temperature,选择圆环内表面配合面，Magnitude处输入70℃，并勾选前面框（参数化）；再插入Convection，选择所有与空气接触的表面，输入对流换热系数，如下图所示4、建立局部柱坐标系，插入Static Structural---solution---Directional Deformation，将坐标改为刚才建议的柱坐标系，方向设为X方向（柱坐标径向），再勾选参数化，如下图所示：再插入Frictionless support,选择外表面5、退出，进入操作平台，双击Parameter Set,进入参数化模块6、进入参数化模块后左侧出现输入、输出栏数据，如下图所示右侧出现下图列表栏：增加列表栏参数，进行计算，如下图所示：7、根据变形量选择需要的加热温度，如此处过盈量为0.025，则选择90℃即可。
Ansys耦合热分析教程
什么是耦合场分析? (续)
间接耦合分析是以特定的顺序求解单个物理场的模型。前一个分析的 结果作为后续分析的边界条件施加。有时也称之为序贯耦合分析。
本分析方法主要用于物理场之间单向的耦合关系。例如，一个场的响 应（如热）将显著影响到另一个物理场（如结构）的响应，反之不成 立。本方法一般来说比直接耦合方法效率高，而且不需要特殊的单元 类型。 本章中我们只讨论涉及热的耦合现象。请注意并非所有ANSYS产品都 支持所有耦合单元类型和分析选项。例如，ANSYS/Thermal产品只提 供热—电直接耦合。详细说明参见Coupled-Field Analysis Guide。
间接方法 - 例题
下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方 法进行分析的例子:
Airfoil
热-结构: 透平机叶片部件分析
Platform
叶片和盘中的温度会产生热膨胀应 变。这会显著影响应力状态。 由于应变较小，而且接触区域是平 面对平面的，因此温度解不用更新。
Root
Disk Sector
这种分析又叫做热应力分析。这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描 述。
热网格
Using the default tolerance, these two nodes would not be assigned a load
结构网格边界
缺省的判断准则是看插值的结构节点到热单元边界的距离是否小于单元边长的0.5 倍。一个在5.4版没有写入手册的特性允许用户控制该公差数值：
热-应力分析
在本章的后面部分，我们考虑一种最常见的间接耦合分析；热-应
力分析。
热-应力分析是间接问题，因为热分析得到的温度对结构分析的应 变和应力有显著的影响，但结构的响应对热分析结果没有很大的 影响。 既然热-应力分析只涉及到两个场之间的连续作用，我们可以使用 手工方法 (MM)进行顺序耦合而不必使用相对复杂的物理环境方法 (PEM) 。这里是手工方法的几个优点和缺点:
ANSYS Example07热-结构耦合分析算例 (ANSYS)
k,4,8,
k,0,6
k,5,0,8
larc,2,3,1,5
larc,4,5,1,8
l,2,4
l,3,5
al,1,2,3,4
esize,0.5
amesh,all
!!!!!!!!!!!!!
FINISH
/SOL
!*
ANTYPE,0
DL,1, ,TEMP,1000,0
DL,2, ,TEMP,20,0
(6)下面首先进入热分析，进入ANSYS主菜单Solution->Analysis Type->New Analysis，设置分析类型为稳态分析Steady-state
(7)输入热边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Thermal-> Temperature-> On Lines，在直线1上加上1000度的温度荷载，如图所示，在直线2上加上20度的温度荷载。
(5)下面划分网格，由于本模型只有一种单元一种材料，所以不必复杂的设置属性。进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Size Cntrls->ManualSize->Global->Size，在Global Element Size窗口中设置单元尺寸为0.5。在ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas，点选圆环进行网格划分
solve
!!!!!!!!!!!!
FINISH
/POST1
!*
/EFACET,1
PLNSOL, TEMP,, 0
FINISH
ansys的直接耦合场分析(热结构耦合)
在直接耦合场分析的前处理中要记住以下方面:
•使用耦合场单元的自由度序列应该符合需要的耦合场要求。
模型中不需要耦合的部分应使用普通单元。
•仔细研究每种单元类型的单元选项，材料特性合实常数。
耦合场单元相对来说有更多的限制(如, PLANE13不允许热质量交换而PLANE55单元可以, SOLID5不允许塑性和蠕变而SOLID45可以)。
•不同场之间使用统一的单位制。
例如，在热-电分析中，如果电瓦单位使用瓦(焦耳/秒)，热单位就不能使用Btu/s。
•由于需要迭代计算，热耦合场单元不能使用子结构。
在直接方法的加载，求解，后处理中注意以下方面：
•如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话：
–瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。
–瞬态电效果(电容，电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度被激活)。
–带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带有标量势自由度的单元只能模拟静态现象(SOLID5)。
•学习每种单元的自由度和允许的载荷。
耦合场单元允许的相同位置(节点,单元面等)施加多种类型的载荷(D, F, SF, BF) 。
•耦合场分析可以使高度非线性的。
考虑使用Predictor 和Line Search 功能改善收敛性。
•考虑使用Multi-Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中。
ansys耦合仿真成功案例
ansys耦合仿真成功案例ANSYS耦合仿真是一种将不同物理场耦合在一起进行综合分析的方法，可以用于模拟多种产品的性能和行为。
下面列举了10个成功的ANSYS耦合仿真案例，展示了其在不同领域的应用。
1. 汽车碰撞仿真在汽车碰撞仿真中，ANSYS耦合仿真可以将结构力学、流体动力学和热传导等物理场耦合在一起，模拟汽车碰撞过程中的变形、应力、温度等。
通过分析碰撞后的车辆变形情况和乘员受力情况，可以优化车辆结构设计，提高安全性能。
2. 电子设备散热仿真对于高性能电子设备，散热是一个重要的问题。
ANSYS耦合仿真可以将流体动力学和热传导耦合在一起，模拟设备内部的热传导和外部的空气流动。
通过优化散热设计，可以提高设备的散热效果，降低温度，提高性能和可靠性。
3. 风力发电机叶片仿真风力发电机叶片在风场中工作时受到复杂的力学和流体动力学作用。
ANSYS耦合仿真可以将结构力学和流体动力学耦合在一起，模拟叶片受力和气动性能。
通过优化叶片的结构和形状，可以提高风力发电机的转换效率和可靠性。
4. 高速列车运动仿真高速列车在高速运动时会受到空气动力学、结构力学和电磁场等多个物理场的耦合作用。
ANSYS耦合仿真可以模拟高速列车在不同速度下的空气动力学和车体振动情况，进一步优化列车设计，提高运行安全性和乘客舒适性。
5. 电池系统热耦合仿真电池系统在充放电过程中会产生大量热量，需要进行有效的热管理。
ANSYS耦合仿真可以将热传导和流体动力学耦合在一起，模拟电池内部的温度分布和热量传递。
通过优化散热设计和控制策略，可以提高电池系统的安全性和寿命。
6. 油气管道腐蚀仿真油气管道在使用过程中容易受到腐蚀的影响，会导致泄漏和事故发生。
ANSYS耦合仿真可以将结构力学和化学反应耦合在一起，模拟管道内部的应力和腐蚀过程。
通过优化材料选择和防腐措施，可以延长管道的使用寿命并减少安全风险。
7. 水力涡轮发电机仿真水力涡轮发电机在水流作用下转动产生电能，其性能直接影响发电效率。
ansys磁热耦合实例
ansys磁热耦合实例
以下是一个ANSYS磁热耦合实例的简要描述：
在该实例中，我们将使用ANSYS软件进行磁热耦合分析，以研究一个电机的热效应。
该电机由铁芯和线圈组成，线圈通过电流激励产生磁场，而铁芯则导热。
首先，我们需要建立电机的几何模型。
可以使用ANSYS的几何建模工具来创建电机的三维模型。
模型中应包括铁芯、线圈和其他相关部件。
接下来，我们需要定义材料属性。
对于铁芯和线圈，我们需要指定其磁性和热性能。
可以使用ANSYS的材料库中提供的标准材料属性，或者根据实际材料的特性自定义材料属性。
然后，我们需要设置边界条件和加载条件。
对于磁场分析，我们需要定义线圈的电流激励。
对于热分析，我们需要定义铁芯的初始温度和散热条件。
接下来，我们可以进行磁场分析。
使用ANSYS的磁场分析工具，我们可以计算电流激励下的磁场分布。
可以观察到磁场的强度和分布情况。
然后，我们可以进行热分析。
使用ANSYS的热分析工具，我们可以计算电机在电流激励下的温度分布。
可以观察到电机各部件的温度分布情况，以及可能存在的热点。
最后，我们可以进行磁热耦合分析。
使用ANSYS的磁热耦合分析工具，我们可以将磁场分析和热分析的结果进行耦合，计算电机在电流激励下的磁场和温度分布。
可以观察到磁场和温度之间的相互影响，以及可能存在的热磁耦合效应。
通过该实例，我们可以更好地理解电机的热效应，并优化电机的设计和运行参数，以提高其性能和可靠性。
ansys热耦合计算
ansys热耦合计算
热耦合计算是指在工程领域中使用ANSYS软件进行热传导和结
构力学之间相互影响的计算。
在进行热耦合计算时，需要考虑热量
对结构件的影响以及结构变形对温度场的影响，这种相互作用在许
多工程领域中都是非常重要的。
首先，在进行热耦合计算时，需要建立一个合适的模型。
这包
括定义材料属性、边界条件和载荷，以及确定模型的几何形状和尺寸。
在ANSYS中，可以使用各种建模工具和预处理器来完成这些任务，确保模型准确地反映了实际工程情况。
其次，进行热耦合计算时需要定义热传导方程和结构力学方程。
热传导方程描述了热量在材料中的传播方式，而结构力学方程描述
了结构件在受力作用下的变形情况。
在ANSYS中，可以使用热传导
模块和结构力学模块来设置这些方程，并进行求解。
另外，热耦合计算还需要考虑热应力和热变形。
当材料受热膨
胀或收缩时，会产生热应力和热变形，这对结构件的性能和稳定性
都会产生影响。
在ANSYS中，可以通过设置热应力和热变形的边界
条件来模拟这些效应，并进行分析和评估。
最后，在完成热耦合计算后，需要对结果进行后处理和分析。
这包括对温度场、热应力、结构变形等进行可视化和评估，以便工程师能够了解结构件在热载荷下的响应情况，并进行进一步的优化和改进。
总之，热耦合计算是一项复杂而重要的工程分析任务，通过使用ANSYS软件进行热耦合计算，工程师能够更好地理解和预测热载荷对结构件性能的影响，从而指导工程设计和优化。
ansys磁热耦合实例
ansys磁热耦合实例
摘要：
1.ANSYS 磁热耦合简介
2.磁热耦合实例介绍
3.磁热耦合求解过程
4.结论
正文：
一、ANSYS 磁热耦合简介
ANSYS 是一款强大的有限元分析软件，可以模拟各种工程问题，包括结构、热、流体、电磁等领域。
在处理磁热耦合问题时，ANSYS 可以实现对磁场和温度场的协同求解，从而获得更准确的结果。
二、磁热耦合实例介绍
在ANSYS 中，磁热耦合实例通常包括以下两个部分：磁场和温度场。
磁场是由电流产生的，可以通过对电流施加载荷来模拟。
温度场是由磁场产生的热量引起的，可以通过对磁场施加载荷来模拟。
三、磁热耦合求解过程
在ANSYS 中，磁热耦合的求解过程分为以下几个步骤：
1.创建模型：首先，需要创建一个模型，包括磁场和温度场。
2.添加载荷：在磁场模型中添加电流载荷，以产生磁场。
在温度场模型中添加磁场载荷，以产生热量。
3.求解：使用ANSYS 求解器对磁热耦合模型进行求解。
4.后处理：查看求解结果，包括磁场和温度场分布。
四、结论
通过使用ANSYS 进行磁热耦合求解，可以获得更准确的结果，为工程设计提供有力的支持。
Ansys耦合热分析教程
下面对比一下使用相同或不同网格的区别。
热-应力分析流程图
开始
1.建立，加载，求解 热模型
2.后处理确定要传到 结构的温度
3. 设置 GUI过滤，改 变工作文件名并删除 热载荷， CEs, CPs
No (Option 2) 相同网格?
5a. 清除热网格并建立 结构网格
Yes (Option 1)
5A. 将热模型转换为 结构模型 (ETCHG)
例如: 如果结构网格包括在热模型中不存在的圆 角时，许多节点将落在热模型的外面。如果圆 角足够大而且热模型足够细致，圆角区域的载 荷将不能写出。
Using the default tolerance, these two nodes would not be assigned a load
结构网格边界
. . . 这样的网格密度在结构分析中 才能得到准确的结果。
热-应力分析
在本章的后面部分，我们考虑一种最常见的间接耦合分析；热-应 力分析。
热-应力分析是间接问题，因为热分析得到的温度对结构分析的应 变和应力有显著的影响，但结构的响应对热分析结果没有很大的 影响。
既然热-应力分析只涉及到两个场之间的连续作用，我们可以使用 手工方法 (MM)进行顺序耦合而不必使用相对复杂的物理环境方法 (PEM) 。这里是手工方法的几个优点和缺点:
Step 2:定义单元类型
Step 2:定义材料属性
钢
铜
弹性模量 2e11
1e11
泊松比 0.3
0.3
密度
7800 8900
比热
460
390
热传导率 66.6
383
热膨胀率 1.06e-5 1.75e-5
Step4：建立几何模型
ansys 热 结构耦合分析
第21章热－结构耦合分析热－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过程。
如果系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：q流入+q生成-q流出=0，则系统处于热稳态。
在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。
瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。
在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。
ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度、热流率、热流密度、对流、辐射、绝热、生热。
ansys热耦合计算
ansys热耦合计算
标题：Ansys热耦合计算：解析真实世界中的热力学问题
热耦合计算是一种重要的工程分析方法，可以帮助工程师们解决各种与热力学相关的问题。
通过Ansys软件的强大功能，我们可以模拟和分析真实世界中的热耦合问题，从而更好地理解和优化热力学系统。
在进行热耦合计算时，我们首先需要建立一个准确的模型。
通过Ansys的建模工具，我们可以将真实系统中的各种热传导、热辐射和热对流等热传输机制准确地建模，并设置合适的边界条件和初始条件。
接下来，我们需要选择适当的数值方法来求解热耦合问题。
Ansys 提供了多种求解器和求解算法，可以根据具体问题的特点来选择最合适的方法。
通过对求解器进行设置和调节，我们可以提高计算效率并得到准确的结果。
在进行热耦合计算时，我们还需要考虑材料的热性质和热边界条件的影响。
Ansys提供了丰富的材料数据库，可以方便地选择和设置材料的热性质。
同时，我们还可以通过设置边界条件来模拟不同的热辐射和热对流条件。
通过Ansys的热耦合计算，我们可以获得系统中各个部分的温度分布和热流分布等重要信息。
这些结果可以帮助我们更好地理解系统
的热行为，并做出相应的优化和改进。
例如，我们可以通过改变材料的热性质或调整边界条件来改善系统的热传输性能。
Ansys的热耦合计算为工程师们提供了一个强大的工具，可以帮助他们解决各种与热力学相关的问题。
通过准确地建立模型、选择合适的数值方法和设置适当的边界条件，我们可以模拟和分析真实世界中的热耦合问题，为工程实践提供有力支持。
让我们一起利用Ansys的强大功能，解析真实世界中的热力学问题，推动工程技术的发展！。
ANSYS电热耦合分析
一、Electric-Thermal AnalysisANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应（Joule heating）、塞贝克效应（Seebeck effect）、珀尔帖效应（Peltier effect）、珀尔帖效应(Thomson effect)。
我们这里的分析主要是Joule heating分析，即通电产生热量，用于加热双层薄片。
1. ANSYS电-热耦合知识点1.1、Element DOFs选项：UX, UY, UZ, and TEMP：可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示，其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements，专用于Joule heating effects，SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。
For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1；For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set KEYOPT(1) to 110。
1.2、Material Properties设置：对于Joule heating effects，需要设置材料参数：电学参数：electric permittivity电阻率RSVX、RSVY、RSVZ热学参数：thermal conductivity导热系数KXX, KYY, KZZ若考虑瞬态热效应，需设置密度DENS、比热C或焓ENTH1.3、Load载荷设置：设置Applied Voltage or Current设置对流、辐射、传热等边界条件1.4、Solve求解进行ANSYS三维电热分析，选择SOLID69单元，为专用于焦耳热分析的单元，只需设置电阻率RSVX、导热系数KXX，加载电压VOLT、对流系数CONV即可进行求解，不考虑加热元件本身的热变形；选择SOLID98，除以上参数外，还可以设置弹性模量EX、泊松比PRXY、热膨胀系数ALPX，即可分析加热元件本身的变形。
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!!!!!!!!!!!!
FINISH
/POST1
!*
/EFACET,1
PLNSOL, TEMP,, 0
FINISH
/PREP7
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! Switch from thermal to structure
ETCHG,TTS
FINISH
/SOL
DL,4, ,UX,
(6)下面首先进入热分析，进入ANSYS主菜单Solution->Analysis Type->New Analysis，设置分析类型为稳态分析Steady-state
(7)输入热边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Thermal-> Temperature-> On Lines，在直线1上加上1000度的温度荷载，如图所示，在直线2上加上20度的温度荷载。
(5)下面划分网格，由于本模型只有一种单元一种材料，所以不必复杂的设置属性。进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Size Cntrls->ManualSize->Global->Size，在Global Element Size窗口中设置单元尺寸为0.5。在ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas，点选圆环进行网格划分
(8)进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，计算当前结构的温度场分布。
(9)进入ANSYS主菜单General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu，绘制节点的温度荷载分布如图所示。
(10)下面开始根据上面的热分析结果进行结构应力分析。进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Element Type-> Switch Elem Type，选择单元转换方式为从热分析向结构分析转换Thermal to Struc
(1)开始建立模型。还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型。首先建立关键点。在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，输入以下关键点信息
关键点编号
X坐标
Y坐标
Z坐标
1
0
0
0
2
5
0
0
3
0
5
0
4
8
0
0
5
0
8
0
k,3,0,5
k,4,8,
k,0,6
k,5,0,8
larc,2,3,1,5
larc,4,5,1,8
l,2,4
l,3,5
al,1,2,3,4
esize,0.5
amesh,all
!!!!!!!!!!!!!
FINISH
/SOL
!*
ANTYPE,0
DL,1, ,TEMP,1000,0
DL,2, ,TEMP,20,0
(13)进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，计算当前结构的温度应力。
(14)进入ANSYS主菜单General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu，绘制结构的主拉应力（1st principal stress）分布如图所示
(11)输入位移边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Lines，在直线3上约束Y方向自由度，在直线4上约束X方向自由度。
(12)最后将前面热分析的温度应力分布读入当前的分析工况，进入ANSYS主菜单Solution->Define Loads->Apply->Structural->Temperature->From Therm Analy，从前面的热分析结果(Jobname.rth)文件中读取热分析结果，如果设定的分析项目名称为case07的话，则热分析结果的文件名为case07.rth，如图所示。
07热－结构耦合分析算例(ANSYS)
在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大。很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力。ANSYS提供了很方便的热分析－结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能。
(1)首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad 4 node 55号热分析单元
(2)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props->Material Models，添加热传导速率参数Thermal->Conductivity->Isotropic，设定热传导速率为0.07。添加力学属性Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2。添加热膨胀系数Structural->Thermal Expansion->Secant Coefficient->Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。
DL,3, ,UY,
LDREAD,TEMP,1,1, , ,'Case07','rth',' '
solve
FINISH
/POST1
P弧线。在ANSYS主菜单Preprocessor-> Modeling-> Create-> Lines-> Arcs-> By End KPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧。接着点选关键点4和5，然后点选中心点，输入半径8。生成第二个圆弧
/PREP7
!*
ET,1,PLANE55
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,KXX,1,,0.07
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,ALPX,1,,1e-5
MPDATA,EX,1,,30e9
MPDATA,PRXY,1,,.2
!*
k,1,
k,2,5,
(3)在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Straight Line，连接关键点2，4和3，5。组成圆环轮廓
(4)在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Arbitrary->By Lines，点选圆环周边轮廓线，生成圆环面。