ansys中的热分析
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中，ANSYS在热分析方面的应用具有很高的价值，能对复杂结构的温度分布、热应力等问题进行有效的数值模拟和分析。
本文旨在深入探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用。
二、ANSYS软件及其热分析功能ANSYS是一款广泛应用于机械、电气、流体等多领域的有限元分析软件。
其强大的功能主要得益于其精细的数值计算方法和广泛的适用性。
在热分析方面，ANSYS可以模拟各种复杂的热传导、热对流和热辐射问题，为工程师提供精确的数值结果和直观的图形展示。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 模型建立与网格划分在ANSYS中进行热分析，首先需要建立准确的模型并进行网格划分。
ANSYS提供了强大的建模工具，可以方便地建立各种复杂的模型。
同时，其网格划分功能可以根据模型的特点和需求，自动或手动进行网格的生成和优化。
这为后续的热分析提供了可靠的数值基础。
2. 材料属性设定与载荷施加在热分析中，材料属性设定和载荷施加是关键步骤。
ANSYS 提供了丰富的材料库，可以根据实际需要选择合适的材料并进行属性的设定。
同时，根据问题的需求，可以在模型上施加各种类型的热载荷，如温度、热流等。
3. 求解与结果分析完成模型建立、网格划分、材料属性设定和载荷施加后，就可以进行求解了。
ANSYS采用先进的数值计算方法，可以快速得到求解结果。
同时，ANSYS提供了丰富的后处理功能，可以对求解结果进行可视化展示和分析。
例如，可以绘制温度分布图、热流图等，帮助工程师直观地了解问题的特点。
四、ANSYS在热分析中的优势相比传统的实验方法，ANSYS在热分析中具有以下优势：1. 准确性高：ANSYS采用先进的数值计算方法，可以模拟各种复杂的热传导、热对流和热辐射问题，得到的结果更加准确可靠。
2. 效率高：相比传统的实验方法，ANSYS可以在短时间内得到求解结果，大大提高了工作效率。
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中，热分析作为工程领域的一个重要部分，ANSYS软件在其中发挥了重要作用。
本文将详细探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，包括其基本原理、应用领域、优势及挑战等方面。
二、ANSYS有限元分析软件基本原理ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于结构、流体、电磁场和热分析等领域。
在热分析中，ANSYS利用有限元法将复杂的连续体离散化，将求解域划分为一系列的单元体，然后通过对每个单元进行分析，从而得出整个结构的热行为特性。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 稳态热分析稳态热分析主要用于研究物体在恒定温度场下的热行为。
通过ANSYS软件，可以建立物体的三维模型，设置材料属性、边界条件等参数，然后进行稳态热分析。
分析结果可以用于产品设计、优化和性能评估等方面。
2. 瞬态热分析瞬态热分析主要用于研究物体在温度场随时间变化情况下的热行为。
例如，在汽车发动机、电子设备等领域的热管理中，需要了解设备在运行过程中的温度变化情况。
通过ANSYS软件进行瞬态热分析，可以得出设备在不同时间点的温度分布情况，为产品设计、优化和故障诊断提供依据。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 高精度：ANSYS软件采用先进的有限元法，可以将求解域划分为足够小的单元体，从而得出较为精确的解。
2. 多物理场耦合分析：ANSYS可以用于多物理场耦合分析，包括热-结构耦合、热-流体耦合等，能够更全面地反映实际工程问题的复杂性。
3. 丰富的材料库：ANSYS拥有丰富的材料库，可以用于模拟各种材料的热性能。
4. 强大的后处理功能：ANSYS具有强大的后处理功能，可以方便地查看和分析计算结果，为工程设计提供有力支持。
五、挑战与展望尽管ANSYS在热分析中具有诸多优势，但仍面临一些挑战。
例如，在处理大规模复杂问题时，计算资源的消耗较大；对于某些特殊材料和复杂结构的建模和分析难度较高；此外，ANSYS软件的学系成本较高，需要专业知识和技能。
热分析(ansys教程)
1. 对流边界条件：需要提供对流 系数、流体温度和表面传热系数 等信息。
3. 初始条件：确保初始温度等初 始条件设置合理，不会导致求解 过程不稳定。
求解收敛问题
•·
1. 迭代方法：选择合适的迭代方 法，如共轭梯度法、牛顿-拉夫森 法等。
2. 松弛因子调整：根据求解过程， 适时调整松弛因子，以提高求解 收敛速度。
稳态热分析的步骤
建立模型
使用ANSYS的几何建模工具创建分析对象 的几何模型。
后处理
使用ANSYS的后处理功能，查看和分析结 果，如温度云图、等温线等。
网格化
对模型进行网格化，以便进行数值计算。 ANSYS提供了多种网格化工具和选项，可 以根据需要进行选择。
求解
运行求解器以获得温度分布和其他热分析 结果。
电子设备散热分析
研究电子设备在工作状态下的散热性能，提高设备可靠性和 使用寿命。
06 热分析的常见问题与解决 方案
网格划分问题
网格划分是热分析中重要 的一步，如果处理不当， 可能导致求解精度和稳定 性问题。
•·
1. 网格无关性：确保随着 网格数量的增加，解的收 敛性得到改善，且解不再 发生大的变化。
03 稳态热分析
稳态热分析的基本原理
01
稳态热分析是用于确定物体在稳定热载荷作用下的温度分布。在稳态条件下， 物体的温度场不随时间变化，热平衡状态被建立，流入和流出物体的热量相等 。
02
稳态热分析基于能量守恒原理，即流入物体的热量等于流出物体的热量加上物 体内部热量的变化。
03
稳态热分析通常用于研究物体的长期热行为，例如散热器的性能、电子设备的 热设计等。
热分析的基本原理基于能量守恒定律，即物体内部的能量变化应满足能量守恒关系。
ANSYS热分析详解
ANSYS热分析详解ANSYS是一种常用的工程仿真软件，具有强大的多物理场耦合分析能力，其中热分析是其中一个重要的应用领域。
在ANSYS中进行热分析可以帮助工程师更好地了解物体在温度变化条件下的行为，从而优化设计方案。
下面将详细介绍ANSYS热分析的原理与流程。
首先，在进行ANSYS热分析前，需要进行前期准备工作。
包括建立几何模型，定义边界条件和导入材料参数等。
在建立几何模型时，可以使用ANSYS提供的建模工具或者导入CAD文件。
然后，需要定义材料参数，如热导率、比热等。
最后，需要定义边界条件，包括外界温度、边界热流、边界散热系数等。
接下来，进行热传导分析。
热传导分析是热分析的基础，用于计算物体内部的温度分布。
在ANSYS中，可以选择稳态或者瞬态分析。
对于稳态分析，需要设置收敛准则，使计算结果达到稳定状态。
对于瞬态分析，需要设置时间步长和总的仿真时间。
在进行计算时，ANSYS会利用有限元法对物体的几何形状进行离散化处理，并通过求解热传导方程来计算温度分布。
在得到物体内部的温度分布后，可以进行热应力分析。
热应力分析是在热传导分析的基础上引入力学应力计算的过程。
在ANSYS中，可以通过多物理场耦合分析的功能来实现。
首先，需要定义材料的线性热膨胀系数和弹性模量等力学参数。
然后，可以选择求解热固结方程和弹性平衡方程，来计算物体在温度变化条件下的应力分布。
除了热应力分析，还可以进行热辐射分析。
热辐射分析是在热传导分析的基础上引入辐射传热计算的过程。
在ANSYS中，可以选择不同的辐射模型来计算物体在温度变化条件下的辐射传热。
常用的辐射模型包括黑体辐射模型和灰体辐射模型等。
通过热辐射分析可以得到物体的辐射换热通量和辐射热功率等重要参数。
最后，进行结果分析和后处理。
在ANSYS中，可以对热分析的结果进行可视化和数据分析。
可以绘制温度云图、热应力云图等，从而更好地理解物体在热变形条件下的行为。
此外，还可以导出计算结果，并进行后续的工程设计和优化。
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和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。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-结构耦合、热-流体耦合、热-电耦合、热-磁耦合、热-电-磁-结构耦合等。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。
物体温度越⾼，单位时间辐射的热量越多。
热传导和热对流都需要传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 瞬态热分析瞬态热分析⽤于计算⼀个系统的随时间变化的温度场及其他热参数。
在⼯程上⼀般⽤瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进⾏应⼒分析。
ANSYS热分析详解
ANSYS热分析详解ANSYS（工程仿真软件）是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件。
它不仅可以进行结构力学分析，还可以进行热分析。
热分析是通过数值模拟来研究物体在不同温度和热载荷条件下的热行为。
下面将详细介绍ANSYS热分析的一般步骤和常见应用。
热分析的步骤通常包括几个关键步骤：1.几何建模：通过ANSYS软件创建物体的三维几何模型。
可以使用软件内置的几何建模工具或从其他CAD软件导入几何模型。
2.材料定义：选择适当的材料，并在ANSYS中定义其热特性，如导热系数、比热容和线膨胀系数等。
3.网格划分：将几何模型分割成许多小单元，称为有限元。
每个有限元具有一组方程来描述其热行为。
网格划分的质量直接影响到最终结果的准确性，因此需要仔细选择合适的网格划分方法。
4.边界条件：指定物体的边界条件，如温度、热流、辐射、对流等。
这些边界条件会影响物体的热传导和热平衡。
5.求解：通过解决一组非线性偏微分方程来计算物体的温度分布。
ANSYS使用有限元方法来求解这些方程，并返回物体在不同点上的温度值。
6.后处理：对计算结果进行可视化和分析。
ANSYS可以绘制温度分布图、热通量图、温度梯度图等，以帮助用户更好地理解和分析物体的热行为。
1.电子器件散热分析：在电子设备中，散热问题常常是一个关键问题。
通过ANSYS热分析，可以评估电子器件所产生的热量，以及散热器的性能，从而确保设备的可靠性和性能。
2.汽车发动机冷却分析：汽车发动机的性能和寿命受限于冷却系统的效果。
ANSYS热分析可以帮助评估不同冷却系统的性能，并优化设计以提高发动机的效率和耐久性。
3.压力容器热应力分析：在高温和高压条件下，压力容器可能会发生热应力。
ANSYS热分析可以帮助评估容器的热应力，并指导合适的设计改进。
4.太阳能热系统分析：太阳能是一种可再生能源，可以通过太阳能热系统将太阳能转化为热能。
ANSYS热分析可以帮助评估太阳能热系统的性能，并优化设计以提高能量转化效率。
ANSYS热分析分析指南
ANSYS热分析指南第一章 简介 (2)第二章 基础知识 (4)第三章 稳态热分析 (8)第四章 瞬态热分析 (43)第五章 表面效应单元 (66)第六章 热辐射分析 (90)第七章 热应力分析 (120)第一章 简介1.1 热分析的目的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，我们一般关心的参数有：温度的分布热量的增加或损失热梯度热流密度热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。
通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。
1.2 ANSYS中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。
ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。
ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。
ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。
1.2.1 对流热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。
首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。
如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。
1.2.2 辐射ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题：辐射杆单元（LINK31）使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析使用Radiosity求解器方法有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。
1.2.3 特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用首先是工程热传导问题的分析。
在工程实际中，热传导问题是非常常见的，比如热交换器、电子设备散热等。
ANSYS有限元分析软件可以通过建立热传导模型，对工程物体内部的温度分布、热流分布以及热传导过程进行分析。
通过这些分析，可以优化设计，提高热传导效率，降低温度梯度，从而提高工程的性能和可靠性。
其次是流体传热问题的分析。
流体传热问题是指研究物体表面与周围流体之间的热传递问题，比如热交换器的流体流动和传热、管道内的流体传热等。
ANSYS有限元分析软件提供了丰富的流体传热模块，可以对流体内部的温度分布、壁面的传热系数以及流体流动等进行分析。
通过这些分析，可以更好地了解流体传热机理，优化流体传热设备的设计，提高传热效率，降低能耗。
最后是热应力分析。
在工程实际中，热应力是很重要的工程问题，特别是对于高温工况下的工程结构。
热应力问题主要是指由于温度不均匀引起的结构内部和表面的应力和变形。
ANSYS有限元分析软件可以通过建立热应力模型，对结构的应力分布、变形和热应力引起的破坏等进行分析。
通过这些分析，可以评估结构的强度和刚度，优化结构设计，降低工程的失效风险。
总的来说，ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用非常广泛。
无论是工程热传导问题、流体传热问题还是热应力分析，ANSYS有限元分析软件都能够提供准确的数值计算结果，帮助工程师解决复杂的热问题，优化工程设计，提高工程性能和可靠性。
Ansys热分析教程(全)
章节内容概述
• 第7章-续 – 例题 6 - 低压气轮机箱的热分析
• 第 8 章 - 辐射 – 辐射概念的回顾 – 基本定义 – 辐射建模的可选择方法 – 辐射矩阵模块 – 辐射分析例题 - 使用辐射矩阵模块进行热沉分析，隐式和非隐式方 法。
• 第 9 章 - 相变 – 基本模型/术语 – 在 ANSYS中求解相变 – 相变例题 - 飞轮铸造分析
传导
• 传导的热流由传导的傅立叶定律决定：
q*
=
− Knn
∂T ∂n
=
heat
flow
rate
per
unit
area
in
direction
n
Where, Knn = thermal conductivity in direction n
T = temperature
∂T = thermal gradient in direction n ∂n
• 负号表示热沿梯度的反向流动(i.e., 热从热的部分流向冷的).
q*
T
dT
dn
n
对流
• 对流的热流由冷却的牛顿准则得出:
q* = hf (TS − TB ) = heat flow rate per unit area between surface and fluid
Where, hf = convective film coefficient TS = surface temperature TB = bulk fluid temperature
• 第 6 章 - 复杂的, 时间和空间变化的边界条件 – 表格化的热边界条件 (载荷) – 基本变量 – 用户定义的因变变量
章节内容概述
ANSYS热分析详解解析
ANSYS热分析详解解析ANSYS是一种强大的有限元分析软件，可以用于各种工程领域的仿真和优化。
其中热分析是ANSYS的一个重要应用之一，可以帮助工程师预测和优化物体在热载荷下的性能。
下面将详细解析ANSYS热分析的相关内容。
首先，热分析是通过求解热传导方程来模拟物体的温度场分布。
热传导方程描述了物体内部的热传导行为，可以用来计算物体不同部位的温度。
在ANSYS中，可以通过设置边界条件、材料属性和加热源等参数来进行热分析。
对于热分析，首先需要定义模型的几何形状。
在ANSYS中，可以使用几何建模工具创建物体的三维模型，或者导入其他CAD软件的模型文件。
然后，在几何模型上定义网格，将物体划分为小的单元，以便求解热传导方程。
ANSYS提供了自动网格划分工具，可以根据用户设置的参数自动生成网格。
接下来，需要为每个单元指定材料属性。
不同材料的热导率、热容和密度等参数不同，会对热传导方程的求解结果产生影响。
在ANSYS中，可以预定义一些常用材料的属性，例如金属、塑料、陶瓷等，并可以根据需要创建自定义材料的属性。
在热分析中，还需要定义物体表面的边界条件。
边界条件可以是固定温度、固定热流量或者固定热通量等。
通过设置合适的边界条件，可以模拟各种实际情况下的热载荷。
例如，在电子设备的热分析中，可以将电子元件的表面设置为固定温度，以模拟电子元件的热散热行为。
除了边界条件，还可以在模型中添加加热源。
加热源可以是点热源、面热源或体热源等。
通过设置加热源的功率和位置，可以模拟物体在外界热源的作用下的温度分布。
例如，在汽车发动机的热分析中，可以将汽缸的燃烧室设置为体热源，以模拟燃烧产生的热量对发动机的影响。
在设置完模型参数后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程。
求解器会将边界条件、材料属性和加热源等参数代入到热传导方程中，并计算出物体的温度场分布。
在求解过程中，可以通过设置收敛准则来控制求解的精度和稳定性。
求解完热传导方程后，可以使用ANSYS提供的后处理工具来分析结果。
最新ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析
A N S Y S热分析指南——A N S Y S稳态热分析ANSYS热分析指南(第三章)第三章稳态热分析3.1稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。
稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。
通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。
也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。
稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括：对流辐射热流率热流密度（单位面积热流）热生成率（单位体积热流）固定温度的边界条件稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。
事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。
当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。
3.2热分析的单元ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。
有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。
单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。
其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。
这些热分析单元如下：表3-1二维实体单元表3-2三维实体单元表3-3辐射连接单元表3-4传导杆单元表3-5对流连接单元表3-6壳单元表3-7耦合场单元表3-8特殊单元3.3热分析的基本过程ANSYS热分析包含如下三个主要步骤：前处理：建模求解：施加荷载并求解后处理：查看结果以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。
首先，对每一步的任务进行总体的介绍，然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用随着科学技术的不断发展，工程领域的热分析越来越重要。
热力学、热传导、热对流、辐射传热等问题是工程领域中需要解决的关键问题之一。
ANSYS有限元分析软件作为一款功能强大、使用广泛的工程分析工具，在热分析领域发挥着重要的作用。
ANSYS有限元分析软件是一种基于有限元理论的数值计算工具。
它通过将一个复杂的物理问题划分成一个个简单的子域，然后将这些子域用有限元进行离散，再通过数值计算方法求解模型的应力、应变等物理场。
在热分析中，ANSYS能够非常准确地模拟材料的温度分布、热流量分布以及传热过程等问题，为工程师提供必要的设计信息。
在热分析中，ANSYS可以解决一系列不同的问题。
首先，它可以模拟材料的温度分布。
通过定义不同的材料参数和边界条件，ANSYS可以准确地计算出材料在不同情况下的温度分布，并可以用图形的形式进行展示。
这对于工程师来说非常有用，因为他们可以根据这些温度分布来判断材料是否会出现过热或者过冷的问题，从而进行相应的调整。
其次，ANSYS还可以模拟热流量的分布。
在实际工程中，热流量的分布是一个很重要的参数。
通过分析热流量的分布情况，工程师可以判断热量的传输是否合理，从而优化设计，提高效率。
ANSYS可以非常准确地计算出热流量的分布，并提供相应的图像展示，方便工程师观察和分析。
此外，ANSYS还可以模拟热对流传热问题。
热对流传热是指通过流体的对流而传递热量的现象。
在实际工程中，热对流非常常见，比如汽车发动机的冷却系统等。
ANSYS可以根据流体的流动特性和边界条件，准确地计算出热对流传热的情况，并提供相应的结果分析。
这对于工程师来说非常重要，他们可以通过这些结果来评估流体的冷却效果是否达到设计要求。
最后，ANSYS还可以模拟辐射传热问题。
辐射传热是指通过辐射而传递热量的现象，是热传导和热对流之外的一种重要传热方式。
在一些高温环境中，辐射传热非常显著，比如高温工业炉等。
(完整)ANSYS热分析详解
第一章简介一、热分析的目的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。
热分析在许多工程应用中扮演重要角色,如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。
二、ANSYS的热分析•在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED 五种产品中包含热分析功能，其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。
•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。
三、ANSYS 热分析分类•稳态传热:系统的温度场不随时间变化•瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化四、耦合分析•热－结构耦合•热－流体耦合•热－电耦合•热－磁耦合•热－电－磁－结构耦合等第二章 基础知识一、符号与单位W/m 2—℃二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律,即能量守恒定律：●对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中：Q —— 热量; W —- 作功；∆U ——系统内能; ∆KE —-系统动能; ∆PE ——系统势能；● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则:U Q ∆=；●对于稳态热分析：0=∆=U Q ,即流入系统的热量等于流出的热量； ●对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化. 三、热传递的方式1、热传导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。
热传导遵循付里叶定律：dxdT k q -=''，式中''q 为热流密度(W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“—”表示热量流向温度降低的方向。
ansys热分析
ANSYS热分析概述ANSYS是一种通用的有限元方法（Finite Element Method，FEM）软件，可以用于热分析。
热分析是通过模拟和分析物体的温度和热流来研究热传导、热膨胀、热辐射等热现象的一种方法。
在工程设计和科学研究中，热分析在许多领域都具有重要的应用价值。
在ANSYS中，热分析可以通过添加适当的热边界条件和材料参数来实现。
热分析步骤ANSYS热分析的一般步骤如下：1.几何建模：在ANSYS中创建或导入需要进行热分析的几何模型。
可以使用ANSYS的几何建模工具来创建模型，也可以从CAD软件中导入模型。
2.材料定义：定义模型中各个部分的材料属性。
对于热分析来说，主要需要定义材料的热导率、热容等参数。
ANSYS提供了各种材料模型和材料数据库来方便用户进行材料定义。
3.网格划分：将几何模型划分成小的有限元单元，以便将其离散化为一系列小区域。
这一步骤通常由ANSYS自动完成，但也可以手动调整网格密度和精度。
4.热边界条件：根据需要为模型设置热边界条件。
热边界条件包括固定温度、热通量、对流换热等。
这些边界条件将直接影响热分析的结果。
5.求解：使用ANSYS提供的求解器对热分析进行求解。
求解过程将根据模型的几何形状、材料属性和边界条件来计算模型的温度分布和热流。
6.结果分析：对求解得到的结果进行分析和后处理。
可以通过ANSYS提供的可视化工具、图表和数据输出来展示和分析计算结果。
根据需要，可以进一步优化模型和参数。
ANSYS热分析的应用领域ANSYS热分析在许多工程和科学领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 热传导分析热传导分析是研究物体内部温度分布和热传导过程的一种方法。
它在热处理、电路设计、能源系统等领域有重要应用。
利用ANSYS进行热传导分析可以帮助工程师优化设计，改善热传导性能。
2. 热应力分析热应力分析是研究物体在热载荷下产生的应力和变形的一种方法。
热应力分析在焊接、高温材料等领域有应用。
ansys中的热分析
ansys中的热分析【转】热-结构耦合分析知识掌握篇2022-05-3114:09:19阅读131评论0字号：大中小订阅热-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.热分析涉及到的单元有大约40种,其中纯粹用于热分析的有14种,它们如表21.1所示.表21.1热分析单元列表单元类型名称说明线性LINK32LINK33LINK34LINK31两维二节点热传导单元三维二节点热传导单元二节点热对流单元二节点热辐射单元二维实体PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE78四节点四边形单元八节点四边形单元三节点三角形单元四节点轴对称单元八节点轴对称单元三维实体SOLID87SOLID70SOLID90六节点四面体单元八节点六面体单元二十节点六面体单元壳SHELL57四节点四边形壳单元点MASS71节点质量单元21.1.2耦合分析在ANSYS中能够进行的热耦合分析有:热-结构耦合,热-流体耦合,热-电耦合,热-磁耦合,热-电-磁-结构耦合等,因为本书主要讲解结构实例分析,所以着重讲解热-结构耦合分析.在ANSYS中通常可以用两种方法来进行耦合分析,一种是顺序耦合方法,另一种是直接耦合方法.顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析,每一种属于某一物理分析.通过将前一个分析的结果作为载荷施加到下一个分析中的方式进行耦合.典型的例子就是热-应力顺利耦合分析,热分析中得到节点温度作为\体载荷\施加到随后的结构分析中去.直接耦合方法,只包含一个分析,它使用包含多场自由度的耦合单元.通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量矩阵或载荷向量的方式进行耦合.典型的例子是使用了SOLID45,PLANE13或SOLID98单元的压电分析.进行顺序耦合场分析可以使用间接法和物理环境法.对于间接法,使用不同的数据库和结果文件,每个数据库包含合适的实体模型,单元,载荷等.可以把一个图21.1间接法顺序耦合分析数据流程图21.2稳态热分析稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响.通常在进行瞬态热分析以前,需要进行稳态热分析来确定初始温度分布.稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度,热梯度,热流率,热流密度等参数.ANSYS稳态热分析可分为三个步骤:前处理:建模求解:施加载荷计算后处理:查看结果21.2.1建模稳态热分析的模型和前面的结构分析模型建立过程基本相同.不同的就是需要在菜单过虑对话框中将分析类型指定为热分析,这样才能使菜单选项为热分析选项,单元类型也为热分析的单元类型,另外在材料定义时需要定义相应的热性能参数,下面为大概操作步骤.1.确定jobname,title,unit;2.进入PREP7前处理,定义单元类型,设定单元选项;3.定义单元实常数;4.定义材料热性能参数,对于稳态传热,一般只需定义导热系数,它可以是恒定的,也可以随温度变化;5.创建几何模型并划分网格,请参阅结构分析的建模步骤.21.2.2施加载荷计算热分析跟前面讲解的结构分析相比,区别在于指定的载荷为温度边条.通常可施加的温度载荷有恒定的温度,热流率,对流,热流密度和生热率五种.另外在分析选项中也包含非线性选项,结果输出选项等需要根据情况进行设置.1.定义分析类型(1)如果进行新的热分析,则使用下面命令或菜单路径:COMMAND:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:Mainmenu|Solution|-AnalyiType-|NewAnalyi|Steady-tate(2)如果继续上一次分析,比如增加边界条件等,则需要进行重启动功能:COMMAND:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:Mainmenu|Solution|AnalyiType-|Retart2.施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件).(1)恒定的温度:通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上.COMMAND:D GUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-Temperature(2)热流率:热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单元获取热量.如果温度与热流率同时施加在一节点上,则ANSYS读取温度值进行计算.注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要密一些,在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意.此外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些.COMMAND:FGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-HeatFlow(3)对流:对流边界条件作为面载施加于实体的外表面,计算与流体的热交换.它仅可施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流.COMMAND:SFGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-Convection(4)热流密度:热流密度也是一种面载荷.当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRANCFD计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度.如果输入的值为正,代表热流流入单元.热流密度也仅适用于实体和壳单元.热流密度与对流可以施加在同一外表面,但ANSYS仅读取最后施加的面载荷进行计算.COMMAND:FGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-HeatFlu某(5)生热率:生热率作为体载施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生热.它的单位是单位体积的热流率.COMMAND:BFGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-HeatGenerat3.确定载荷步选项对于一个热分析,可以确定普通选项,非线性选项以及输出控制.热分析的载荷不选项和结构静力分析中的载荷步相同,读者可以参阅本书结构静力分析部分的相关内容或基本分析过程中关于载荷步选项的内容.这里就不再详细讲解了.4.确定分析选项GUI:MainMenu|Solution|AnalyiOption5.求解GUI:MainMenu|Solution|CurrentLS21.2.3后处理ANSYS将热分析的结果写入某.rth文件中,它包含如下数据信息:(1)基本数据:节点温度(2)导出数据:节点及单元的热流密度节点及单元的热梯度单元热流率节点的反作用热流率其它对于稳态热分析,可以使用POST1进行后处理.关于后处理的完整描述,可参阅本书第四章中关于利用通用后处理器进行结果观察分析的讲解.下面是几个关键操作的命令和菜单路径.1.进入POST1后,读入载荷步和子步:COMMAND:SETGUI:MainMenu|GeneralPotproc|-ReadReult-ByLoadStep2.在热分析中可以通过如下三种方式查看结果:彩色云图显示COMMAND:PLNSOL,PLESOL,PLETAB等GUI:MainMenu|GeneralPotproc|PlotReult|NodalSolu,ElementSolu, ElemTable矢量图显示COMMAND:PLVECTGUI:MainMenu|GeneralPotproc|PlotReult|Pre-definedorUerdefined列表显示COMMNAD:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenu|GeneralPotproc|LitReult|NodalSolu,ElementSolu,R eactionSolu21.3瞬态传热分析瞬态热分析用于计算一个系统随时间变化的温度场及其它热参数.在工程上一般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析.瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似.主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的.为了表达随时间变化的载荷,首先必须将载荷～时间曲线分为载荷步.载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步,如下图所示.图21.2瞬态热分析载荷-时间曲线对于每一个载荷步,必须定义载荷值荷对应的时间值,同时必须指定载荷步的施加方式为渐变或阶越.21.3.1建模一般瞬态热分析中,定义材料性能时要定义导热系数,密度及比热,其余建模过程与稳态热分析类似,这里就不再赘述.21.3.2加载求解和其它ANSYS中进行的分析一样,瞬态热分析进行加载求解时同样需要完成如下的工作.包括定义分析类型,定义初始条件,施加载荷,指定载荷步选项,指定结果输出选项以及最后进行求解.1.定义分析类型指定分析类型为瞬态分析,通用可以进行新的分析或进行重启动分析.2.获得瞬态热分析的初始条件(1)定义均匀温度场GUI:MainMenu|Solution|-Load-|Setting|UniformTempGUI:MainMenu|Solution|-Load-|Apply|-Thermal-|Temperature|OnNodeGUI:MainMenu|Solution|-Load-|Delete|-Thermal-Temperature|OnNode(2)设定非均匀的初始温度GUI:MainMenu|Solution|Load|Apply|-InitialCondit'n|Define如果初始温度场是不均匀的且又是未知的,就必须首先作稳态热分析确定初始条件.GUI:MainMenu|Preproceor|Load|-LoadStepOpt-Time/Frequenc|TimeIntegrationGUI:MainMenu|Preproceor|Load|-LoadStepOpt-Time/Frequenc|TimeandSubtp写入载荷步文件:GUI:MainMenu|Preproceor|Load|WriteLSFile或先求解:GUI:MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS注意:在第二载荷步中,要删去所有设定的温度,除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同.3.设定载荷步选项进行瞬态热分析需要指定的载荷步选项和进行瞬态结构分析相同,主要有普通选项,非线性选项和输出控制选项.(1)普通选项GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-Time/Frequenc|TimeandSubtp每个载荷步的载荷子步数,或时间增量.对于非线性分析,每个载荷步需要多个载荷子步.时间步长的大小关系到计算的精度.步长越小,计算精度越高,同时计算的时间越长.根据线性传导热传递,可以按如下公式估计初始时间步长:ITS=δα24GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|Time/Frequenc|TimeandSubtp如果载荷值在这个载荷步是恒定的,需要设为阶越选项;如果载荷值随时间线GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|Time/Frequenc|TimeandSubtp(2)非线性选项GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|Time/Frequenc|TimeIntegrationGUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|OutputCtrl|DB/ReultFile4.在定义完所有求解分析选项后,进行结果求解.21.3.3结果后处理对于瞬态热分析,ANSYS提供两种后处理方式.通用后处理器POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理;GUI:MainMenu|GeneralPotproc.GUI:MainMenu|TimeHitPotproc1.用POST1进行后处理GUI:MainMenu|GeneralPotproc|ReadReult|ByTime/Freq如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上,ANSYS会进行线性插值.此外,还可以读出某一载荷步的结果.GUI:MainMenu|GeneralPotproc|ReadReult|ByLoadStep然后,就可以采用与稳态热分析类似的方法,对结果进行彩色云图显示,矢量图显示,打印列表等后处理.2,用POST26进行后处理首先,要定义变量.GUI:MainMenu|TimeHitPotproc|GraphVariable或列表输出GUI:MainMenu|TimeHitPotproc|LitVariable21.4热-结构耦合分析前面讲了热-结构耦合分析是一种间接法顺序耦合分析的典型例子.其主要分三步完成:1.进行热分析,求得结构的的温度场;2.将模型中的单元转变为对应的结构分析单元,并将第一步求得的热分析结构当作体载荷施加到节点上;3.定义其余结构分析需要的选项,并进行结构分析.前面已经介绍了如何单独进行热分析和结构分析,下面介绍如何转换模型并将第一步求解的结果施加到节点上.1.完成必要的热分析,并进行相应的后处理,对结果进行查看分析.2.重新进入前处理器,并指定新的分析范畴为结构分析.选择菜单路径MainMenu|Preference,在弹出的对话框中选择\选项,使所有菜单变为结构分析的选项.3.进行单元转换.选择菜单路径MainMenu|Preproceor|ElementType|SwitchElemType,将弹出SwithchElemType(转换单元类型)对话框,如图21.3所示.图21.3转换单元类型对话框4.在对话框中的Changeelementtype(改变单元类型)下拉框中选择\然后单击关闭对话框,ANSYS程序将会自动将模型中的热单元转换为对应的结构单元类型.5.定义材料的性能参数.跟通常的结构分析不同的是,除了定义进行结构静力分析需要的材料弹性模量,密度,或强化准则的定义之外.在热-结构耦合分析的第二个分析中,还需要定义材料的热膨胀系数,而且材料性能应该随温度变化的.6.将第一次分析得到的温度结果施加到结构分析模型上.选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoad|Apply|Structural|Temperature|FromThermAn aly,将弹出ApplyTEMPfromThemalAnalyi(从已进行的热分析结果中施加温度载荷)对话框,如图21.4所示.单击对话框中的按钮,选择前面热分析的结果文件某.rth,作为结构分析的热载荷加到节点上.图21.4从已进行的热分析结果中施加温度载荷对话框7.定义其它结构分析的载荷步选项和求解分析选项,并进行结构分析求解.8.进行结果后处理,观察分析所求得的结果.。
ansys热分析
ansys热分析ANSYS热分析引言热分析是一种在工程领域广泛应用的分析方法，它可以用来研究物体在不同温度条件下的热传导、热扩散和热辐射等问题。
ANSYS是一款被广泛应用于工程仿真的软件，其中包括了强大的热分析功能。
本文将介绍ANSYS热分析的基本原理、流程以及在不同工程领域中的应用。
一、ANSYS热分析的基本原理ANSYS热分析基于热传导和热辐射的基本原理，通过数学和物理模型来描述和分析物体在不同温度条件下的热行为。
热传导是指热能通过物质内部的分子运动传递的过程，而热辐射则是指物体通过电磁波的辐射传递热能的过程。
热分析可以帮助工程师预测和优化物体在真实工作环境下的热性能，从而提高产品的质量和可靠性。
二、ANSYS热分析的流程ANSYS热分析的流程通常包括几个基本步骤，下面将逐一介绍：1. 几何建模：在进行热分析之前，需要通过ANSYS软件进行几何建模，将待分析的物体建模成三维几何模型。
这一步骤可以使用ANSYS的几何建模工具来完成，如DesignModeler等。
2. 网格划分：在几何建模完成后，需要将几何模型分割成小的单元，如三角形或四边形等，以便进行数值计算。
这一步骤被称为网格划分或网格生成，通常使用ANSYS的网格划分工具进行。
3. 材料属性设置：在进行热分析之前，需要对物体的材料属性进行设置，如热导率、比热容等。
这些参数将影响热传导的速度和过程。
4. 边界条件设置：在热分析中，需要设置物体的边界条件，如温度边界条件、热通量边界条件等。
这些边界条件描述了物体在不同部位的热输入和输出。
5. 求解和结果分析：在完成前面的步骤后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程和辐射传热方程。
求解完成后，可以对结果进行分析，如温度分布、热流量等。
三、ANSYS热分析在不同工程领域中的应用1. 汽车工程：ANSYS热分析在汽车工程领域中有着广泛的应用。
例如，可以通过热分析来研究发动机的热耗散问题，优化散热系统的设计，提高发动机的工作效率和寿命。
Ansys热分析教程(全)
generated
• 将其应用到一个微元体上，就可以得到热传导的控制微分方程。
控制微分方程
• 热传导的控制微分方程
F I F I F I ∂ HG KJ HG KJ HG KJ ∂x
Kxx
∂T ∂x
+∂ ∂y
K yy
∂T ∂y
+∂ ∂z
Kzz
∂T ∂z
+ &q&& = ρc dT dt
expanding the total time derivative, yields
热传递的类型
• 热传递有三种基本类型: – 传导 - 两个良好接触的物体之间的能量交换或一个物体内由于温 度梯度引起的内部能量交换。 – 对流 - 在物体和周围介质之间发生的热交换。 – 辐射 - 一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。
• 在绝大多数情况下，我们分析的热传导问题都带有对流和/或辐射边 界条件。
Hale Waihona Puke dT dt=∂T ∂t
+ Vx
∂T ∂x
+ Vy
∂T ∂y
+ Vz
∂T ∂z
where Vx ,Vy ,Vz = velocities of the conducting medium.
The terms which include velocities come from mass transport of heat effects. It is interesting to note that, even in steady - state, ρ and c are important when mass transport of heat effects are included.
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言ANSYS作为一款强大的有限元分析软件，被广泛应用于各个工程领域。
在众多领域中，热分析的应用显得尤为突出。
本文旨在探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，并对其优势及实际案例进行详细分析。
二、ANSYS有限元分析软件概述ANSYS是一款集结构、热、流体、电磁等多物理场仿真分析于一体的软件。
其中，热分析是ANSYS的重要应用领域之一。
该软件通过建立复杂的物理模型，利用有限元法对模型进行离散化处理，将连续的物理场问题转化为离散的数学问题，从而求解出模型的温度分布、热流密度等参数。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 模型建立与网格划分在ANSYS中，首先需要根据实际需求建立物理模型。
模型可以是二维的平面模型或三维的立体模型，根据实际情况进行选择。
建立好模型后，需要进行网格划分。
网格的划分对热分析的精度和计算效率有着重要影响。
ANSYS提供了多种网格划分方法，如自动网格划分、映射网格划分等，可以根据模型的特点选择合适的网格划分方法。
2. 材料属性与边界条件设定在热分析中，需要设定材料的热学属性，如导热系数、比热容等。
同时，还需要设定边界条件，如温度、热流密度等。
这些设定对于求解模型的温度分布及热流密度等参数至关重要。
3. 求解与结果分析在完成模型建立、网格划分、材料属性及边界条件设定后，即可进行求解。
ANSYS采用有限元法进行求解，将连续的物理场问题转化为离散的数学问题，求解出模型的温度分布、热流密度等参数。
求解完成后，需要对结果进行分析。
ANSYS提供了丰富的后处理功能，如等温线图、矢量图等，可以帮助用户更好地理解分析结果。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 多物理场仿真：ANSYS不仅可以进行单一的热分析，还可以与其他物理场如结构、流体等进行联合仿真，从而得到更全面的分析结果。
2. 强大的求解能力：ANSYS采用先进的有限元法进行求解，具有强大的求解能力，可以处理复杂的物理模型和边界条件。
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【转】热-结构耦合分析知识掌握篇2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小订阅热-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.热分析涉及到的单元有大约40种,其中纯粹用于热分析的有14种,它们如表21.1所示.表21.1 热分析单元列表单元类型名称说明线性LINK32LINK33LINK34LINK31两维二节点热传导单元三维二节点热传导单元二节点热对流单元二节点热辐射单元二维实体PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE78四节点四边形单元八节点四边形单元三节点三角形单元四节点轴对称单元八节点轴对称单元三维实体SOLID87SOLID70SOLID90六节点四面体单元八节点六面体单元二十节点六面体单元壳SHELL57 四节点四边形壳单元点MASS71 节点质量单元21.1.2 耦合分析在ANSYS中能够进行的热耦合分析有:热-结构耦合,热-流体耦合,热-电耦合,热-磁耦合,热-电-磁-结构耦合等,因为本书主要讲解结构实例分析,所以着重讲解热-结构耦合分析.在ANSYS中通常可以用两种方法来进行耦合分析,一种是顺序耦合方法,另一种是直接耦合方法.顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析,每一种属于某一物理分析.通过将前一个分析的结果作为载荷施加到下一个分析中的方式进行耦合.典型的例子就是热-应力顺利耦合分析,热分析中得到节点温度作为"体载荷"施加到随后的结构分析中去.直接耦合方法,只包含一个分析,它使用包含多场自由度的耦合单元.通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量矩阵或载荷向量的方式进行耦合.典型的例子是使用了SOLID45,PLANE13或SOLID98单元的压电分析.进行顺序耦合场分析可以使用间接法和物理环境法.对于间接法,使用不同的数据库和结果文件,每个数据库包含合适的实体模型,单元,载荷等.可以把一个结果文件读入到另一个数据库中,但单元和节点数量编号在数据库和结果文件中必须是相同的.物理环境方法整个模型使用一个数据库.数据库中必须包含所有的物理分析所需的节点和单元.对于每个单元或实体模型图元,必须定义一套属性编号, 包括单元类型号,材料编号,实常数编号及单元坐标编号.所有这些编号在所有物理分析中是不变的.但在每个物理环境中,每个编号对应的实际的属性是不同的. 对于本书要讲解的热-结构耦合分析,通常采用间接法顺序耦合分析,其数据流程如图21.1所示.图21.1 间接法顺序耦合分析数据流程图21.2 稳态热分析稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响.通常在进行瞬态热分析以前,需要进行稳态热分析来确定初始温度分布.稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度,热梯度,热流率,热流密度等参数.ANSYS稳态热分析可分为三个步骤:前处理:建模求解:施加载荷计算后处理:查看结果21.2.1建模稳态热分析的模型和前面的结构分析模型建立过程基本相同.不同的就是需要在菜单过虑对话框中将分析类型指定为热分析,这样才能使菜单选项为热分析选项,单元类型也为热分析的单元类型,另外在材料定义时需要定义相应的热性能参数,下面为大概操作步骤.1.确定jobname,title,unit;2.进入PREP7前处理,定义单元类型,设定单元选项;3.定义单元实常数;4.定义材料热性能参数,对于稳态传热,一般只需定义导热系数,它可以是恒定的,也可以随温度变化;5.创建几何模型并划分网格,请参阅结构分析的建模步骤.21.2.2施加载荷计算热分析跟前面讲解的结构分析相比,区别在于指定的载荷为温度边条.通常可施加的温度载荷有恒定的温度,热流率,对流,热流密度和生热率五种.另外在分析选项中也包含非线性选项,结果输出选项等需要根据情况进行设置.1.定义分析类型(1) 如果进行新的热分析,则使用下面命令或菜单路径:COMMAND:ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu | Solution | -Analysis Type- | New Analysis | Steady-state (2) 如果继续上一次分析,比如增加边界条件等,则需要进行重启动功能: COMMAND: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu | Solution | Analysis Type- | Restart2.施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) .(1) 恒定的温度: 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上. COMMAND: DGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Temperature(2)热流率: 热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单元获取热量.如果温度与热流率同时施加在一节点上,则ANSYS读取温度值进行计算.注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要密一些,在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意.此外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些. COMMAND: FGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Flow(3) 对流:对流边界条件作为面载施加于实体的外表面,计算与流体的热交换.它仅可施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流.COMMAND: SFGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Convection (4) 热流密度:热流密度也是一种面载荷.当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRAN CFD计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度.如果输入的值为正,代表热流流入单元.热流密度也仅适用于实体和壳单元.热流密度与对流可以施加在同一外表面,但ANSYS仅读取最后施加的面载荷进行计算. COMMAND: FGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Flux (5) 生热率:生热率作为体载施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生热.它的单位是单位体积的热流率.COMMAND: BFGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Generat 3.确定载荷步选项对于一个热分析,可以确定普通选项,非线性选项以及输出控制.热分析的载荷不选项和结构静力分析中的载荷步相同,读者可以参阅本书结构静力分析部分的相关内容或基本分析过程中关于载荷步选项的内容.这里就不再详细讲解了.4.确定分析选项在这一步需要选择求解器,并确定绝对零度.在进行热辐射分析时,要将目前的温度值换算为绝对温度.如果使用的温度单位是摄氏度,此值应设定为273;如果使用的是华氏度,则为460.Command: TOFFSTGUI: Main Menu | Solution | Analysis Options5.求解在完成了相应的热分析选项设定之后,便可以对问题进行求解了. Command: SOLVEGUI: Main Menu | Solution | Current LS21.2.3后处理ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中,它包含如下数据信息:(1) 基本数据:节点温度(2) 导出数据:节点及单元的热流密度节点及单元的热梯度单元热流率节点的反作用热流率其它对于稳态热分析,可以使用POST1进行后处理.关于后处理的完整描述,可参阅本书第四章中关于利用通用后处理器进行结果观察分析的讲解.下面是几个关键操作的命令和菜单路径.1.进入POST1后,读入载荷步和子步:COMMAND: SETGUI: Main Menu | General Postproc | -Read Results-By Load Step2.在热分析中可以通过如下三种方式查看结果:彩色云图显示COMMAND: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等GUI: Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu, Element Solu, Elem Table矢量图显示COMMAND: PLVECTGUI: Main Menu | General Postproc | Plot Results | Pre-defined or Userdefined 列表显示COMMNAD: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main Menu | General Postproc | List Results | Nodal Solu, Element Solu, ReactionSolu21.3瞬态传热分析瞬态热分析用于计算一个系统随时间变化的温度场及其它热参数.在工程上一般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析.瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似.主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的.为了表达随时间变化的载荷,首先必须将载荷～时间曲线分为载荷步.载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步,如下图所示.图21.2 瞬态热分析载荷-时间曲线对于每一个载荷步,必须定义载荷值荷对应的时间值,同时必须指定载荷步的施加方式为渐变或阶越.21.3.1建模一般瞬态热分析中,定义材料性能时要定义导热系数,密度及比热,其余建模过程与稳态热分析类似,这里就不再赘述.21.3.2加载求解和其它ANSYS中进行的分析一样,瞬态热分析进行加载求解时同样需要完成如下的工作.包括定义分析类型,定义初始条件,施加载荷,指定载荷步选项,指定结果输出选项以及最后进行求解.1. 定义分析类型指定分析类型为瞬态分析,通用可以进行新的分析或进行重启动分析.2.获得瞬态热分析的初始条件(1) 定义均匀温度场如果已知模型的起始温度是均匀的,可设定所有节点初始温度Command: TUNIFGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Settings | Uniform Temp如果不在对话框中输入数据,则默认为参考温度.参考温度的值默认为零,但可通过如下方法设定参考温度:Command: TREFGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Settings | Reference Temp注意:设定均匀的初始温度,与如下的设定节点的温度(自由度)其作用不同. Command: DGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Apply | -Thermal- | Temperature | On Nodes初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效;而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程,除非通过下列方法删除此约束:Command: DDELEGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Delete | -Thermal-Temperature | On Nodes(2) 设定非均匀的初始温度在瞬态热分析中,用下面的命令或菜单路径可以将节点温度设定为不同的值. Command: ICGUI: Main Menu | Solution | Loads | Apply | -Initial Condit'n | Define如果初始温度场是不均匀的且又是未知的,就必须首先作稳态热分析确定初始条件.设定载荷(如已知的温度,热对流等)将时间积分设置为OFF:Command: TIMINT, OFFGUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time Integration设定一个只有一个子步的,时间很小的载荷步(例如0.001):Command: TIMEGUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time and Substps写入载荷步文件:Command: LSWRITEGUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | Write LS File或先求解:Command: SOLVEGUI: Main Menu | Solution | Solve | Current LS注意:在第二载荷步中,要删去所有设定的温度,除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同.3.设定载荷步选项进行瞬态热分析需要指定的载荷步选项和进行瞬态结构分析相同,主要有普通选项, 非线性选项和输出控制选项.(1) 普通选项时间:本选项设定每一载荷步结束时的时间.Command: TIMEGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time and Substps每个载荷步的载荷子步数,或时间增量.对于非线性分析,每个载荷步需要多个载荷子步.时间步长的大小关系到计算的精度.步长越小,计算精度越高,同时计算的时间越长.根据线性传导热传递,可以按如下公式估计初始时间步长:ITS=δα24其中δ为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度,α为导温系数,它等于导热系数除以密度与比热的乘积(αρ=kc).Command: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps如果载荷值在这个载荷步是恒定的,需要设为阶越选项;如果载荷值随时间线性变化,则要设定为渐变选项.可以下面命令或菜单路径来实现.Command: KBCGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps(2) 非线性选项迭代次数:每个子步默认的次数为25,这对大多数非线性热分析已经足够.如果分析的问题不容易收敛,可以通过下面的命令来指定迭代次数.Command: NEQITGUI: Main Menu | Solution | -Load step opts | Nonlinear | Equilibrium Iter自动时间步长:本选项为ON时,在求解过程中将自动调整时间步长.Command: AUTOTSGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps时间积分效果:如果将此选项设定为OFF,将进行稳态热分析.Command: TIM(1) INTGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time IntegrationGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Output Ctrls | DB/Results File 4.在定义完所有求解分析选项后,进行结果求解.21.3.3 结果后处理对于瞬态热分析,ANSYS提供两种后处理方式.通用后处理器POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理;Command: POST1GUI: Main Menu | General Postproc.时间-历程后处理器POST26,可以对模型中特定点在所有载荷步(整个瞬态过程)的结果进行后处理.Command: POST26GUI: Main Menu | TimeHist Postproc1.用POST1进行后处理进入POST1后,可以读出某一时间点的结果.Command: SETGUI: Main Menu | General Postproc | Read Results | By Time/Freq 如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上,ANSYS会进行线性插值. 此外,还可以读出某一载荷步的结果.GUI: Main Menu | General Postproc | Read Results | By Load Step 然后,就可以采用与稳态热分析类似的方法,对结果进行彩色云图显示,矢量图显示,打印列表等后处理.2,用POST26进行后处理首先,要定义变量.Command: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Menu | TimeHist Postproc | Define Variables然后,就可以绘制这些变量随时间变化的曲线.Command: PLVARGUI: Main Menu | TimeHist Postproc | Graph Variables或列表输出Command: PRVARGUI: Main Menu | TimeHist Postproc | List Variables21.4 热-结构耦合分析前面讲了热-结构耦合分析是一种间接法顺序耦合分析的典型例子.其主要分三步完成:1.进行热分析,求得结构的的温度场;2.将模型中的单元转变为对应的结构分析单元,并将第一步求得的热分析结构当作体载荷施加到节点上;3.定义其余结构分析需要的选项, 并进行结构分析.前面已经介绍了如何单独进行热分析和结构分析,下面介绍如何转换模型并将第一步求解的结果施加到节点上.1.完成必要的热分析,并进行相应的后处理,对结果进行查看分析.2.重新进入前处理器,并指定新的分析范畴为结构分析.选择菜单路径Main Menu | Preference ,在弹出的对话框中选择"Strutural"选项,使所有菜单变为结构分析的选项.3.进行单元转换.选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Switch ElemType,将弹出Swithch Elem Type (转换单元类型)对话框,如图21.3所示.图21.3 转换单元类型对话框4.在对话框中的Change element type (改变单元类型)下拉框中选择"Thermal toStruc",然后单击关闭对话框,ANSYS程序将会自动将模型中的热单元转换为对应的结构单元类型.5.定义材料的性能参数.跟通常的结构分析不同的是,除了定义进行结构静力分析需要的材料弹性模量,密度,或强化准则的定义之外.在热-结构耦合分析的第二个分析中,还需要定义材料的热膨胀系数,而且材料性能应该随温度变化的.6.将第一次分析得到的温度结果施加到结构分析模型上.选取菜单路径Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural | Temperature | From Therm Analy,将弹出ApplyTEMP from Themal Analysis (从已进行的热分析结果中施加温度载荷)对话框,如图21.4所示.单击对话框中的按钮,选择前面热分析的结果文件*.rth,作为结构分析的热载荷加到节点上.图21.4从已进行的热分析结果中施加温度载荷对话框7.定义其它结构分析的载荷步选项和求解分析选项,并进行结构分析求解.8.进行结果后处理,观察分析所求得的结果.感谢下载!欢迎您的下载，资料仅供参考。