ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述..

ANSYS稳态和瞬态热模拟基本步骤
基于ANSYS 9。

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一、稳态分析
从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态热分析。

其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，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：
（3-1）
=0
+-
q q q
流入生成流出
在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化.
基本步骤:（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍）
1、选择分析类型
点击Preferences菜单,出现对话框1。

对话框1
我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择Thermal.这样做的目的是为了使后面的菜单中只有热分析相关的选项.
2、定义单元类型
GUI：Preprocessor>Element Type〉Add/Edit/Delete 出现对话框2
对话框2
点击Add，出现对话框3
对话框3
在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。

对于三维模型，多选择SLOID87:六节点四面体单元。

3、选择温度单位
默认一般都是国际单位制，温度为开尔文(K）.如要改为℃，如下操作
GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units
选择需要的温度单位。

4、定义材料属性
对于稳态分析,一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。

GUI: Preprocessor〉Material Props> Material Models 出现对话框4
对话框4
一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.
对话框5
若要设定材料的热导率随温度变化,主要针对半导体材料。

则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确.设置完毕后,可以点击Graph按钮,软件会生成热导率随温度变化的曲线。

对话框5中，Material菜单，New Model选项，添加多种材料的热参数。

5、创建几何模型
GUI：Preprocessor>Modeling〉Create
根据热模型,创建几何模型。

对于复杂的几何模型，可能要用到加、减、并、交等布尔运算，可参考相关资料。

其中很重要而容易被忽视的一个操作就是粘结（Glue）,用于不同图元之间，只在公共边界处相关的搭接，以保证热量在不同结构层间的传递.
GUI：Preprocessor〉Modeling〉Operate>Booleans〉Glue
建模过程中同样可以对图元进行复制、移动、删除等命令。

其中需要注意的是删除一个面或者体的时候，为了使删除的彻底要用Preprocessor〉Modeling〉Delete〉V olume and Below 这条命令,否则只能删除掉体，删除不了组成体的面以及线。

6、分配材料属性以及网格划分
之所以把这两个步骤放到一起，是因为ANSYS提供了一个方便的网格划分工具条可以快捷的完成这两步操作。

GUI：Preprocessor〉Meshing>MeshTool 调出工具条对话框6
（1）、分配材料属性
在前面的第4步中,我们定义了材料的属性，但是并没
有分配给模型中的各层材料.在对话框6中,在单元属性的
下拉列表框中选择V olumes,然后点击Set，出现选择体的对
话框7。

对话框7
移动鼠标选择要赋予属性的体,点击对话框中的OK按
钮,出现赋予材料属性的对话框8。

在对话框8中的Material
number项后选择与所选材料对应的材料序号。

同对话框6 样的方法,将所有定义好的材料属性赋予模型中对应的各层
材料。

对话框8
（2）划分网格
网格有两种划分方式：自由网格划分和映射网格划分。

自由网格划分对实体没有特殊的要求；自由体网格一般为四面体单元，这也就限制了第2步操作中的单元类型的选择；无法控制内部节点。

映射网格划分要求面或体是规则的形状；体网格只包含六面体单元；可以很好的控制内部节点的位置。

对于初学者，大都采用自由网格划分，映射网格可能需要更多的经验。

在网格划分工具条Mesh后的下拉列表选择要划分的几何类型；shape项选择Tet（四面体)或者Hex（六面体）；选择Free（自由网格）;然后点击Mesh，即开始网格划分。

7、设定分析类型
菜单命令:Solution〉Analysis Type>New Analysis,选择Steady-state.
8、设置初始条件以及载荷
执行菜单命令：Solution〉Define Loads〉Apply>Thermal，下一级菜单中就包
含了热分析相关的温度、热流密度、对流换热系数、生热率、辐射率等参数的设置.
其中,对流换热系数的设置对话框9。

在coefficient项填写对流换热
系数，在Bulk temperature项填写
流体（空气或者水)的温度。

对话框9
9、稳态求解
GUI：Solution〉Current LS
10、后处理
（1）、查看温度分布图.
GUI: General Postprocess〉Plot Results〉Nodal Solu，选择DOF Solution对应的Temperature TEMP,得到温度场分布图。

非均匀温度分布图:有些情况下，需要将某一温度范围(如350～380K)内
的温度值细化,以使温度分布图中的这一温度范围的颜色层次更明显。

这时候需要进行非均匀温度设置。

方法是点击ANSYS上方菜单中的PlotCtros选项，下拉列表中选择Style,接着依次选择Contours>Non—Uniform Contours,出现对话框10，在对话框10中将350~380的数值细化后填入对话框，点击Replot。

对话框10
（2）、查看保存节点数据。

GUI：General Postprocess〉List Results〉Sorted Listing〉Sort Nodes，出现对话框11。

对话框11
在对话框11中的List sorted nodes for后的下拉列表中选择Results/Coords。

将出现两个数据文件，一是节点温度数据，一是节点坐标数据。

将这两个文件保存，以便进一步分析.
二、瞬态热分析
温度场随时间发生变化的传热过程称为非稳态传热.实际生产生活中，绝大部分的传热过程都是非稳态传热，稳态传热只是一个近似的假定.对于非周期性传热过程，物体的温度不断升高和降低,并在经历相当长的时间后逐渐趋于平衡(不再改变），这类传热过程即为瞬态传热.
瞬态传热的分析步骤和稳态大体相似，下面在稳态分析的基础上将瞬态分析需要在那几个步骤上做一些额外的设置简单介绍下。

1、对应稳态分析的第4步:定义材料属性，对于瞬态分析必须要定义材
料的密度和比热容。

2、对应稳态分析的第7步：设定分析类型
菜单命令：Solution〉Analysis Type〉New Analysis,瞬态分析选择Transient.
3、较多的不同主要体现在第8步，设置初始条件以及载荷.
首先，瞬态分析过程,一般都要给予一个初始状态，对于热分析通常是要给整个模型施加一个初始温度场，设置命令为：
Solution>Define Loads〉Settings>Uniform Temp，在出现的对话框中填写初始温度,如300K。

其次，施加载荷的不同，瞬态分析的载荷都是与时间相关的。

下面以施加随时间变化的生热率为例介绍瞬态载荷的施加过程。

GUI:Solution〉Define Loads>Apply〉Thermal>Heat Generate>On V olumes，然后选择要施加载荷的体，出现施加生热率的对话框12.
对话框12
在对话框12中，Apply HGEN on volume后的下拉菜单中选择New table,接着在弹出的对话框中输入新建表格的名称，将出现表格设置对话框13。

在对话框13中，I,J,K分别代表数值的维数，I为行，J为列.K一般用不着，设为0.取I=4、J=1、K=0,I变量命名为TIME，J变量命名为HGEN，点击OK，出现新建的列表14.表14实际是5行2列，其中第0列是时间值,第0行是载荷编号.表中设置为0-1秒时间内生热率数值为1000，1—2秒生热率数值为0,因为要求第0列和第0行数据都是递增的，所以第四行中的时间值填写的是1.000…1。

设置完毕后,File〉Apply/Quit.
对话框13
列表14
4、瞬态分析要比稳态分析多一些必须的设置。

菜单命令为：
Solution〉Load Step Opts
在下一级菜单Output Ctrls〉DB/Results File中，选择将Every substep 的结果都记录下来，以便分析每一时间载荷步的数据结果。

下一级菜单Time/Frequence>Time—Time Step对话框15中，Time at end of load step后填写施加载荷的时间长度。

Time step size中选择时间步长,例如把2秒的时间分成10等份，时间步长就是0.2秒。

时间步长越小,载荷步越多,计算精度越高，同时所需的时间也越长。

如果载荷在载荷步中是恒定的，就设为阶跃载荷（Stepped），如果载荷随时间线性变化就设为渐进载荷(Ramped）。

自动时间步长根据需要选择打开或者关闭，其中最小时间步长应小于前面设置的时间步长。

瞬态分析中，必须打开时间积分效果，菜单Time/Frequence>Time Integration〉Amplitude Decay，在出现的对话框中ON前面打对钩。

对话框15
5、后处理的不同，对于瞬态分析，需要用POST1和POST26两种方式进行结果处理。

其中POST1用于对整个模型在某一载荷步(时间点）的结果进行后处理，POST26用于对模型中特定点在所有载荷步（整个瞬态传热过程）的结果进行后处理。

查看不同时间点的结果，命令为：General Postprocess>Read Results>By Time/Freq，在出现的对话框中填写想要查看的时间点，点击OK.
查看特定点的结果，需要POST26处理器。

下面以查看峰值温度点在整个瞬态加热过程中的变化为例来说明。

选择TimeHist Postpro，进入POST26后处理器，对话框16.在对话框16中,点击左上角按钮，出现对话框17，在对话框17中选择温度,然后命名
变量名为“结温”.选择OK后，出现选择节点对话框，在对话框中填写结温所在节点的节点序号（这个需要在温度分布数据中查看最高温度对应的节
点号).然后点击这个按钮，就出现了结温在整个加热过程中的变化曲线了。

List data按钮可以列出结温随时间的变化数据，并保存。

对话框16 对话框17。