ansys workbench热分析教程
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。
workbench热分析案例
•6
划分网 格
网格剖分： 采用ansys的mesh块对导入 的几何体进行网格划分，网 格为四面体网格，网格最大 边长为5mm。
•1
定 义 边 界条件
墙壁外表面： 采用convection边界条件， 设定外界空气温度10℃， 换热系数为0.36W/㎡·k。
•2
定义边界条件
墙壁内表面：
裸露于空气的表面采用 convection边界条件，拟 定外界空气温度20℃， 换热系数为0.36W/㎡·k， 与热源接触表面采用耦合 边界条件。
•3
定 义边界条件
热源： 与墙体平行的壁面采用 temperature边界条件，定 义其温度为50℃，其余壁 面均为绝热边界条件。
•4
结 果及分析
温度场云图：
通过显示计算得出的温度 场可以看出该模型的最小 温度值出现在墙体外表面 顶部与底部，在该模型中 温度场关于yz平面对称。
•
结 果及分析
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 Workbench 17·0有限元分析：第12章-热分析
第12章 热分析 热力学分析（简称热分析）用于计算一个系统或部件的温度分布及其他各种热物理参数，如热量的获取与损失、热梯度、热流密度（热通量）等。
热分析在许多工程应用中扮演着非常重要的角色，如内燃机、涡轮机、换热器、电子元件等。
★ 了解传热的基础知识。
12.1 传热概述传热分析（Steady-State Thermal Analysis ）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），则：PE KE U W Q Δ+Δ+Δ=−式中Q 为热量，W 为所做的功，ΔU 为系统的内能，KE Δ为系统的动能，PE Δ为系统的势能。
对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ΔΔ若不考虑做功，即0=W ，则U Q Δ=；对于稳态热分析：0=Δ=U Q即流入系统的热量等于流出的热量；对于瞬态热分析：q dU dt =即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
12.1.1 传热方式热分析包括热传导、热对流、热辐射三种传热方式。
ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通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交换。
热传导遵循傅里叶定律：dxdT k q −=′′ 式中q ′′为热流密度（W/m 2），k 为导热系数。
2．热对流热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量交换。
热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。
热对流用牛顿冷却方程来描述：)(B T S T h q −=′′ 式中h 为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），S T 为固体表面的温度，B T 为周围流体的温度。
3．热辐射热辐射是指物体发射电磁能，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，单位时间内辐射的热量就越多。
热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何介质。
实质上，在真空中的热辐射效率最高。
ANSYS_WORKBENCH热分析
B. 装配体 – 实体接触
• 当导入实体零件组成的装配体时，实体间的接触区将 会被自动创建。
• 面－面接触允许实体零件间的边界上不匹配的网格。
– 接触实现了装配体中零件间的传热。
ANSYS License DesignSpace Entra De signS pa ce P rofe ssi ona l S tru ctu ra l M e cha nica l/M ulti physics
ANSYS License DesignSpace Entra De si gnS pa ce P rofe ssiona l S tructura l M e cha ni ca l /M ultiphysics
Availability
x x
x
… 装配体 – 接触区
• 正如前面的幻灯片所提到的，热量在接触区内沿着接 触法向流动
Initially Touching
Inside Pinball Region Outside Pinball Region
Yes
Yes
No
Yes
Yes
No
Yes
No
No
Yes
No
No
– 接触的 pinball 区域由程序自动定义并被设置一个相对较小的 值，以调和模型中可能出现的小间隙。pinball 区域将在下一
不接触，零件间将不会互相传热。
– 基于不同的接触类型，将热量是否会在接触面和目标面间传 递总结如下：
Contact Type
Bonded No Separation Rough F ric t ionles s
Heat Transfer Betw een Parts in Contact Region?
Workbench电磁热耦合分析流程说明
● 第一步：独立分析首先要保证模型在ansoft中需正确分析完成。
● 第二步：模型导出分析完成后，将ansoft模型导出，格式我选择step格式，其他格式没有试过。
选择菜单栏中的Modeler-Export 选择step格式将模型导出● 第三步：文件导入启动ANSYS Workbench 13.0,首先点击菜单栏中 Import... 选择.mxwl格式，选择刚才的maxwell分析完成的文件，进行导入。
● 第四步：更新工程点击Workbench菜单栏中的 update project，如果maxwell文件正确的话，过一会solution会有黄色闪电变成绿色对勾。
然后在左侧选择Steady-state thermal ，拖入到中间● 第五步：模型属性然后将Steady-state thermal下的Gemoetry属性改为2D.● 第六步：设置单位双击Gemoetry，进入模型设置界面，选择对应的模型尺寸单位。
点击左上角菜单栏中的File-Impotr Extenal Gemoetry File，选择刚才maxwell导出的step 格式模型。
导入后，点击左上角快捷图表Generate，模型就会出现。
● 第七步：网格剖分关闭Gemoetry界面，退回主界面，会发现Gemoetry已经变为绿色对勾，标识模型导入正确。
然后点击Workbench菜单栏中的 update project，会自动对模型进行网格划分。
当然也可以进入Model菜单进行手动划分。
● 第八步：模型对接网格划分成功后，Model会变为绿色对勾。
然后将Maxwell 2D solution和Steady-state thermal 的Setup进行连接，再次点击菜单栏中的 update project。
● 第九步：完成导入update project完成后，Maxwell 2D 中solution会变成绿色对勾。
然后双击进入Steady-state thermal中的Setup，进入setup设置，右侧会出现“ImportedLoad(Maxwell2Dsolution)”。
ansys workbench热分析报告教程
6-1•本章练习稳态热分析的模拟，包括：A.几何模型B.组件-实体接触C.热载荷D.求解选项E.结果和后处理F. 作业6.1•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpaceEntra或更高版本中使用，除了ANSYSStructural•提示：在ANSYS 热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析•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：•假设：KT TQ T–在稳态分析中不考虑瞬态影响–[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•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。
•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（PointMass）的特性•壳体和线体假设：•唯一需要的材料特性是导热性（ThermalConductivity）•Thermal Conductivity在Engineering Data中输入•温度相关的导热性以表格形式输入•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–如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传导。
–如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传导（见下面对pinball的解释）。
–总结：–Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的，同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。
•如果接触是Bonded（绑定的）或noseparation （无分离的），那么当面出现在pinballradius内时就会发生热传导（绿色实线表示）。
PinballRadius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。
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第三章热力学分析
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第三章热力学分析{Q }表示结点热流率向量，包含热生成。
若系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于留出系统的热量（0q q q ++=流入生成流出），则系统处于热稳态，在热态分析中任一点的温度不随时间变化。
稳态热分析的能量平衡方程为：[K ]{T }={Q }（3-3）式（3-3）中各个字母代表的含义如下。
[K ]表示传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；{T }表示结点温度向量；{Q }表示结点热流量向量，包含热生成。
在稳态热分析中，所有与时间有关的项都不考虑（当然非线性现象还是有可能存在的）。
在Workbench 的Mechanical 模块中，求稳态热分析是做了如下假设。
假设1：在稳态热分析中不考虑任何瞬态效应。
假设2：[K ]可以是常量或温度的函数，每种材料属性中都可以输入与温度相关的热传导率。
假设3：在ANSYS 程序中利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成[K ]、{T }和{Q }。
上述方程的基础实际是傅里叶定律。
这说明Mechanical 模块中求解的热分析是基于传导方程，其中固体内部的热流是[K ]的基础，且热通量、热流率以及对流在{Q }中被认为是边界条件。
传热分析与CFD （Computational Fluid Dynamics ，计算流体力学）分析是不同的，因为在传热分析中对流被处理成简单的边界条件（虽然对流传热膜系数有可能与温度有关）。
如果需要分析共轭传热/流动问题，则需要用CFD 技术，这些基本概念在进行FEM 分析之前必须先要了解。
3.2 基本传热方式工程应用中传热方式主要有热传导（Conduction ）、热对流（Convection ）、热辐射（Radiation ）。
当物体内部存在温度差时，热量从高温部分传递到低温部分；不同温度的物体相接触时，热量从高温物体传递到低温物体。
ansys workbench 热分析讲义PPT课件
• “h” 和 “Tambient” 是用户指定的值 • 导热膜系数 h 可以是常量或是温度的函数
第15页/共26页
…热边界条件
• 与温度相关的对流：
• 为系数类型选择Tabular ( Te m p e r a t u r e )
• 输入对流换热系数-温度表格数据 • 在细节窗口中，为h(T)指定温度的
T2
T1
第12页/共26页
C. 热载荷
• 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）
• 默认情况T下C，C基于模K型X中X定义10的,最00大0材/料A导S热M性DKIXAXG和整个几何边界框 的对角线ASMDIAG， TCC 被赋以一个相对较大的值。
• 这实质上为部件间提供了一个完美接触传导
第10页/共26页
… 组件-导热率
• 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）。
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。
第8页/共26页
… 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
ANSYS workbench稳态及瞬态热分析
b. 网格控制：在Details of “Mesh ” 中单击sizing，size function选择 Proximity and Curvature（临近 以及曲率）选项
c. 选中Mesh，单击鼠标右键
→Generate Mesh
c
1
稳态热分析实例
划分网格 e. 对于曲面模型使用Proximity and Curvature（临近以及曲率）网格控制会
k导热系数（W/(m·℃)），q二次导数为热流密度（W/m^2）
1
热分析简介
基本的传热方式：热传导、热对流、热辐射、相变 2. 热对流（Convection） 对流是指温度不同的各个部分流体之间发生相对运动所引起的热量传递方 式。 热对流满足牛顿冷却方程：
q" h(Ts Tb)
q"为热流密度； h为物质的对流传热系数 ； TS是固体的表面温度； Tb为周围流体温度。
（续）
1
流程简介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
材料属性
1
流程简介
装配体与接触
•对于复杂的装配体模型，如果零件初始不接触将不会互相传热
•如果初始有接触就会发生传热
•对于不同的接触类型，将会决定接触面以及目标面之间是否会发生热量传递。 可以利用pinball调整模型可能出现的 间隙，如下表所示：
接触类型
•节点位于Pinball 内：
Mechanical。选中模型树 Geometry 下模型1 2. 在Detail of “1”中，展开Material选 项，单击Assignment后三角 3. 在下拉菜单中选择Copper Alloy
1
稳态热分析实例
划分网格 a. 首先使用程序自动划分网格，查
ansys workbench 热分析讲义
ansys workbench 热分 析讲义
T2
T1
6-13
热分析
C. 热载荷
• 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）
6-18
热分析
…热边界条件
• 辐射:
– 施加在面上 （二维分析施加在边上）
Q RFT A s4ur fT aa 4 cm e bient
– 式中：
• σ =斯蒂芬一玻尔兹曼常数
• ε = 放射率 • A = 辐射面面积 • F = 形状系数 （默认是1）
– 只针对环境辐射，不存在于面面之间（形状系数假设为1） – 斯蒂芬一玻尔兹曼常数自动以工作单位制系统确定
• 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）
正的热载荷会增加系统的能量。
Training Manual
6-14
热分析
… 热边界条件
Training Manual
温度、对流、辐射：
ansys workbench稳态热分析
Workbench -Mechanical Introduction Introduction作业6.1稳态热分析作业6.1 –目标Workshop Supplement •本作业中，将分析下图所示泵壳的热传导特性。
•确切说是分析相同边界条件下的塑料（Polyethylene）泵壳和铝（Aluminum）泵壳。
）泵壳•目标是对比两种泵壳的热分析结果。
作业6.1 –假设Workshop Supplement 假设：•泵上的泵壳承受的温度为60度。
假设泵的装配面也处于60度下。
•泵的内表面承受90度的流体。
•泵的外表面环境用一个对流关系简化了的停滞空气模拟，温度为20度。
作业6.1 –Project SchematicWorkshop Supplement •打开Project 页•从Units菜单上确定：–项目单位设为Metric (kg, mm, s, C, mA, mV)–选择Display Values in Project Units…作业6.1 –Project SchematicWorkshop Supplement 1.在Toolbox中双击Steady-State Thermal创建一个新的Steady State Thermal（稳态Steady State Thermal热分析）系统。
1.2.在Geometry上点击鼠标右键选择p y，导入文Import Geometry件Pump_housing.x_t 2.…作业6.1 –Project SchematicWorkshop Supplement3.双击Engineering Data得到materialproperties（材料特性） 3.4.选中General Materials的同时，点击Aluminum Alloy和Polyethylene旁边的‘+’符号，把它们添加到项目中。
5.Return to Project（返回到项目）4.5.Workshop Supplement…作业6.1 –Project Schematic6.把Steady StateThermal 拖放到第一个系统的Geometry 上。
ANSYS Workbench 热分析教程
图 3-1 平行平板辐射模型
3.2. 问题分析
该问题为稳态辐射换热问题，分析思路如下： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 选择稳态热分析系统。 确定材料参数：稳态辐射换热问题，仅输入平板导热系数。 【DesignModeler】建立两平板几何模型。 进入【Mechanical】分析程序。 网格划分：采用系统默认网格。 施加边界条件：平板四周对称面无热量交换，为绝热边界，系统默认无需输入，环 境温度 20℃。 设置需要的结果：温度分布。 求解及结果显示。
图 2-2 建立保温桶分析文件
2、确定材料参数（图 2-3） 1) 编辑工程数据模型，添加材料的导热率，右击鼠标选择【Engineering Data】 【Edit】 2) 工程数据属性中增加新材料： 【Outline of Schematic A2：Engineering Data】 【Click here to add new material】输入材料名称 Aluminium 3) 选择【Thermal】 【Isotropic Thermal Conductivity】 4) 选择铝材料属性【Properties of Outline Row 3: Aluminium】 【Isotropic Thermal Conductivity】 5) 出现【Table of Properties Row 2: Thermal Conductivity】材料属性表，双击鼠标， 点击每个区域输入材料属性参数：温度 20℃，导热率 236W/(m·℃)。 6) 参数输完后，工程数据表显示导热率-温度图表。 7) 同样输入树脂基复合材料热传导率 0.055W/(m· ℃)。 8) 同样输入钢材料热传导率 70W/(m·℃)。
图 2-12 施加内层表面温度
ansys workbench 热分析讲义
Training Manual
6-17
热分析
…热边界条件 热边界条件
Training Manual
几种常见的对流系数可以从一个样本文件中导入。新的对流系数可以保存 几种常见的对流系数可以从一个样本文件中导入。 在文件中。 在文件中。
6-18
热分析
…热边界条件 热边界条件
辐射 辐射:
– 施加在面上 （二维分析施加在边上） 二维分析施加在边上）
Training Manual
Pinball Radius
右图中， 右图中，两部件间的间距大于 pinball区域，因此在这两个部件间 区域， 区域 会发生热传导。 会发生热传导。
6-9
热分析
… 组件 导热率 组件-导热率
Training Manual
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 默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导， 度降 实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导： 实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导：
C. 热载荷
热流量： 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。 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） 它的单位是能量比上时间（ ）
Training Manual
完全绝热（热流量为0）： 完全绝热（热流量为 ）：
q = TCC (Ttarget Tcontact )
– 式中 contact 是一个接触节点上的温度， Ttarget 是对应目标节点上的温度 式中T 是一个接触节点上的温度， – 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 默认情况下，基于模型中定义的最大材料导热性 和整个几何边界框的对角 被赋以一个相对较大的值。 线ASMDIAG， TCC 被赋以一个相对较大的值。 ，
ansys workbench 11.0LED热分析
1
ANSYS 热分析实例教程—一灯论坛罗勇梨提供
1.
打开软件
2.选取模块
3.导入零件
4.设定零件的材料特性
点击Part 1,出来上示对话档(在左下角),在Material 一栏中选择New material 来设定材料的散热系数,如下图:选择Thermal 一栏,
在
中先输入数值,再点击前面方框,以保存.完
成后退出对话框
.
或选Import 直接设定零件材质(如材料能在Ansys 的材料库中找到,否则一般都采用前一种方法
):
5.创建网格
右键点击Mesh---Generate Mesh,自动创建即可.
6.设定分析项目.
在New anslysis 下拉菜单中选择稳态分析(Steady-State Thermal)
7.设定对流参数
按下图步骤点选:点击处,会弹出2处菜单,点选
.
8.设定热源
9.计算
如图右键弹出下拉菜单点选Temperature.
再右键Solve.。
基于ANSYSWORKBENCH的摩擦生热分析
本篇文章说明，如何在WORBENCH中通过改变单元的形式来做摩擦生热的耦合分析。
【问题描述】在一个定块上，有一个滑块。
在滑块顶顶面上施加一垂直于表面指向定块的10MPa的分布力系。
现在滑块在定块表面上滑行3.75mm，要求摩擦而产生的热量，并计算滑块和定块内部的温度分布和应力分布。
定块的尺寸：宽5mm，高1.25mm，厚1mm滑块的尺寸：宽1.25mm，高1.5mm，厚1mm材料：弹性模量：7e10Pa;泊松比：0.3；密度：2700kg/m(3);热膨胀系数：23.86e-6/k；摩擦系数：0.2；热导率：150W/(M K)；比热：900J/(kg K）(注)该问题来自于许京荆的《ANSYS13.0 WORKBNCH数值模拟技术》,中国水利水电出版社，2012，P381.【问题分析】关键技术分析：此问题属于摩擦生热，不能够使用载荷传递法，而只能使用直接耦合法。
这就是说，只能用一个耦合单元来计算摩擦生热问题。
解决该问题的基本思路如下:(1) 使用瞬态结构动力学分析系统（2）在该系统中更改单元为PLANE223,它是一个耦合单元，可以完成多种耦合分析，这里使用其结构-热分析功能。
（3）定义两个载荷步，第一步将动块移动到指定位置，第二步保持最终位置，以获得平衡解。
（4）在求解设置中，关闭结构分析的惯性部分，而只做静力学结构分析，但是对于热分析仍旧做瞬态热分析。
（5）由于使用了瞬态动力学分析，结果中默认是没有温度可以直接从界面中得到的。
需要自定义结果，提取温度。
（6）此问题要多处使用插入命令的方式，从而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。
（7）瞬态结构动力学分析系统的工程数据中，无法得到热分析的部分参数，所以需要先创建一个单独的工程数据系统，然后把它与瞬态结构动力学分析的工程数据单元格相关联。
（8）在DM中创建两个草图，然后根据草图得到面物体。
再对这两个面物体进行平面应力的分析。
（9）本博文的主要目的是要阐述：如何在WORKBENCH中使用耦合单元进行多物理场的耦合分析。
ansysworkbench热分析教程
. . -•本章练习稳态热分析的模拟，包括：A.几何模型B.组件-实体接触C.热载荷D.求解选项E.结果和后处理F. 作业6.1•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpaceEntra或更高版本中使用，除了ANSYSStructural•提示：在ANSYS 热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析•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：[K(T)]{T}={Q(T)}•假设：–在稳态分析中不考虑瞬态影响–[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•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。
•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（PointMass）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• 唯一需要的材料特性是导热性（ThermalConductivity ）• Thermal Conductivity 在Engineering Data 中输入•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。
… 材料特性Training ManualB. 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–如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传导。
–如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传导（见下面对pinball的解释）。
–总结：–Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的，同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。
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６-1
Ａ、几何模型
B、组件－实体接触
C、热载荷
D、求解选项
E、结果与后处理
F、作业6、1
•本节描述得应用一般都能在AＮSＹS DesiｇnSｐace Ｅntra或更高版本中使用，除了AＮSYS Structural
•提示:在ＡNSYS热分析得培训中包含了包括热瞬态分析得高级分析
K T ﻮ)]{T }=
Q T )}
– 在稳态分析中不考虑瞬态影响
– [Ｋ] 可以就是一个常量或就是温度得函数
– {Q}可以就是一个常量或就是温度得函数
• 固体内部得热流（Ｆouriｅr’s Lａw）就是[K]得基础;
•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就是很重要得。
–体、面、线
•线实体得截面与轴向在DeｓignModeleｒ中定义
•热分析里不可以使用点质量（Pｏiｎt Maｓs)得特性•壳体与线体假设:
–壳体:没有厚度方向上得温度梯度
–线体:没有厚度变化,假设在截面上就是一个常量温度• 但在线实体得轴向仍有温度变化
• 唯一需要得材料特性就是导热性（Thermal Ｃonduc ｔivit ｙ） • Ｔherm ａl Condu ｃti ｖ
ity 在 Ｅngineeri ｎg
Data 中输 入
• 温度相关得导热性以表格 形
式输入
若存在任何得温度相关得材料特性,就将导致非线性求解。
… 材料特性 Training Manual
• 对于结构分析,接触域就是自动生成得,用于激活各部件间得热传导 B 、 组件-实体接触 Training Manual
–如果部件间初始就没有接触,那么就不会发生热传导(见下面对pinbaｌl得解释)。
–总结：
–Pinbａlｌ区域决定了什么时候发生接触,并且就是自动定义得，同时还给了一个相对较小得值来适应模型里得小间距。
• 如果接触就是Bonded (绑定得)或no sepa ｒａtion (无分离得),那么当面出现在 pinball ｒa
ｄi ｕs 内时就会发生热传导(绿色实线 表示)。
Pi ｎba ｌl Radius 右图中,两部件间得间距大于 pinball
区域，因此在这两个部件间 会发生热传
导。
… 组件-接触区域 Training Manual
• 默认情况下，假设部件间就是完美得热接触传导, 意味着界面上不会发生温
⋅ (T q = T ＣC ｔarge ｔ ﻮ- Ｔｃontac ｔ – 式中Ｔcontact 就是一个接触节点上得温度, Ｔtarg ｅt 就是对应目标节点上得温度 – 默认情况下,基于模型中定义得最大材料导热性ＫXX 与整个几何边界框得对角 线ASMDIAG ， T CC 被赋以一个相对较大得值。
TCC ﻮ
= KXX ﻮ
⋅10,0００ / ﻮASMD ＩＡG – 这实质上为部件间提供了一个完美接触传导
• 在ＡNSYS Ｐrｏfesｓional 或更高版本,用户可以为纯罚函数与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
–如果已知接触热阻,那么它得相反数除以接触面积就可得到TCC值
ﻩ
在接触界面上,可以像接触热阻一样
输入接触热传导
• Ｓp ｏtweld (点焊)提供了离散得热传导点: – S ｐotwel ｄ在CAD 软件中进行定义（目前只有Ｄes ｉgn Ｍode ｌe ｒ与Ｕnig ｒaphi ｃs 可 用) 。
ﻩ
T2
T1
… 组件-点焊 Training Manual
– 热流速可以施加在点、边或面上。
它分布在多个选择域上。
– 它得单位就是能量比上时间( energy/time ) • 完全绝热(热流量为0): • 热生成:
– 内部热生成只能施加在实体上ﻩ
– 它得单位就是能量比上时间在除以体积(energ ｙ/ｔｉme/vol ｕme ）
正得热载荷会增加系统得能量。
– 可以删除原来面上施加得边界条件
• 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)
– 它得单位就是能量比上时间在除以面积( energy/time/area )
温度、对流、辐射:
• 完全绝热条件将忽略其它得热边界条件 • 给定温度: – 给点、边、面或体上指定一个温度
– 温度就是需要求解得自由度
• 至少应存在一种类型得热边界条件,否则,如果热量将源源不断地输入到系统中,稳
态时得温度将会达到无穷大。
• 另外,给定得温度或对流载荷不能施加到已施加了某种热载荷或热边界条件得表面上 。
• 对流:
– 只能施加在面上（二维分析时只能施加在边上)
– 对流q 由导热膜系数 h ,面积 A ,以及表面温度T surface 与环境温度T am ｂｉｅnt 得差值
来定义。
q = hA (T surface - T ambient )
– “h ” 与 “T ambient ” 就是用户指定得值
– 导热膜系数 h 可以就是常量或就是温度
•与温度相关得对流:
–为系数类型选择Ｔaｂular(Teｍ
ｐeｒaturｅ）
–输入对流换热系数-温度表格数据
–在细节窗口中,为h(T)指定温度得处理方式
•几种常见得对流系数可以从一个样本文件中导入。
新得对流系数可以保存在文件中。
• 辐射:ﻩ
– 施加在面上 (二维分析施加在边上）
(ﻩ4 4 )
– 式
中: Q R = σεＦA T su ｒf ａｃｅ
ﻮ- T a ｍｂien ｔ• σ =斯蒂芬一玻尔兹曼常数
• ε = 放射率
• Ａ = 辐射面面积
• F = 形状系数 (默认就是1）
– 只针对环境辐射，不存在于面面之间(形状系数假设为1)
– 斯蒂芬一玻尔兹曼常数自动以工作单位制系统确定
D 、 求解选项 Training Manual
• 从W ｏrkbench t ｏolbox 插入Ｓte ａｄｙ-Ｓｔate Ｔｈerm ａl 将在 projec ｔ sc ｈe ｍatic 里建立一个 ＳＳ T ｈe ｒｍal s ｙst ｅm ( S Ｓ热分析）
• 在Ｍechanica ｌ 里,可以使用An ａly ｓis Se ｔｔings 为热分 析设置求解选项。
– 注意,第四章得静态分析中得Ana ｌysi ｓ Data Mana ｇement 选项在这里也可以使用。
… 求解模型 Training Manual 加得结构载荷与约束。
– 求解结构
• 为了实现热应力求解,需要在求解时把结构分析关联到热模型上。
• 在St ａtic St ｒuctu ｒａl 中插入了一个ｉmport ｅｄ load 分支,并同时导入了施
–温度
–热通量
–反作用得热流速
–用户自定义结果
ﻩ
•模拟时,结果通常就是在求解前指定,但也可以在求解结束后指定。
–搜索模型求解结果不需要在进行一次模型得求解。
• 温度: – 温度就是标量，没有方向
… 温度 Training Manual
•可以得到热通量得等高线或矢量图: – 热通量 q 定义为q = -KXX ﻮ
⋅∇T
– 可以指定T ｏtal H ｅat Fl ｕx （整体热通量)与 D irec ｔi ｏn ａｌ Ｈea ｔ Flux （方向热通量) • 激活矢量显示模式显示热通量得大小与方
向 … 热通量 Training Manual
• 对给定得温度、对流或辐射边界条件可以得到响应得热流量： – 通过插入probe 指定响应热流量 ,或
– 用户可以交替得把一个边界条件拖放到S ｏlu ｔion 上后搜索响应 从Probe 菜单下
选择 或
拖放边界条件
… 响应热流速 Training Manual
作业6、1 –稳态热分析•目标:
–分析图示泵壳得热传导特性。