Ansys12.0 Mechanical教程-5热分析

Workbench -Mechanical Introduction

第六章

热分析

概念

Training Manual •本章练习稳态热分析的模拟，包括：

A.几何模型

B B.组件-实体接触

C.热载荷

D.求解选项

E E.结果和后处理

F.作业6.1

本节描述的应用般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra

ANSYS Structural

提示：在S S热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析

•ANSYS

Training Manual

稳态热传导基础

•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：

()[]{}(){}

T Q T T K =•假设：

–在稳态分析中不考虑瞬态影响[K]可以是个常量或是温度的函数–[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

稳态热传导基础

Training Manual •上述方程基于傅里叶定律：

•固体内部的热流（Fourier’s Law）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。

A. 几何模型

Training Manual •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

… 材料特性

Training Manual •唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity）

•Thermal Conductivity在

Engineering Data 中输

Engineering Data

入

•温度相关的导热性以表格

形式输入

若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解。

B. 组件-实体接触

Training Manual •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导

Training Manual

… 组件-接触区域

Training Manual

•如果接触是Bonded（绑定的）或no

separation（无分离的），那么当面出现在

pinball radius内时就会发生热传导（绿色实线

内时就会发生热传导绿色实线

表示）。

Pinball Radius

右图中，两部件间的间距大于

pinball区域，因此在这两个部件间

会发生热传导。

Training Manual … 组件-导热率

•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降

•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–ΔT

使用导电脂

–. . . .

T

x •接着……

Training Manual

… 组件-导热率

–穿过接触界面的热流速，由接触热通量q 决定：

()

contact target T T TCC q −⋅=–式中T contact 是一个接触节点上的温度，T target 是对应目标节点上的温度

–默认情况下，基于模型中定义的最大材料导热性KXX 和整个几何边界框的对角ASMDIAG TCC 被赋以一个相对较大的值。线，被赋以个相对较大的值

ASMDIAG

KXX TCC /000,10⋅=–这实质上为部件间提供了一个完美接触传导

… 组件-导热率

Training Manual •在ANSYS Professional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输入值

在细节窗口为每个接触域指定

–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

… 组件-点焊

Training Manual •Spotweld（点焊）提供了离散的热传导点：

–Spotweld在CAD软件中进行定义（目前只有DesignModeler和Unigraphics可用）。

T2

T1

C. 热载荷

Training Manual

•热流量：

–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）：

–可以删除原来面上施加的边界条件

•热通量：

–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（energy/time/area）

•热生成：

–内部热生成只能施加在实体上

–它的单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume）

/ti/l

正的热载荷会增加系统的能量。