基于ANSYSWORKBENCH的摩擦生热分析
基于ANSYS的两个相对转动物体的摩擦生热分析
《弹性力学与有限元分析》院系：机械工程学院姓名：程俊智学号：201512202567专业方向：车辆工程2015年1月13日弹性力学与有限元方法作业1、已知应力分量分别为：y xy x x 84322-+=σ，yxy x y3222++=σ，y xy x xy 262221---=τ，===ττσyz xzz，证明当无体力时，该应力分量满足平衡微分方程。
证明：平衡微分方程如下所示：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂000F z y xF z y x F z y x bz z yz xz by zyy xy bx zx yx x στττστττσ===ττσyz xzz，故平衡微分方程简化如下：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+∂∂∂∂∂∂∂∂00y xy x y xy yx x σττσ（1）yx x x46+=∂∂σ，yx yy6+=∂∂σ， yx xxy6--=∂∂τ，yx yyx46--=∂∂τ。
故，，满足（1）式，所以当无体力时，该应力分量满足平衡微分方程。
2、弹性力学的基本方程都有哪些？并简述每种基本方程的含义及形式。
答：a 平衡微分方程含义：用来描述外力和应力之间的关系。
形式：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂000F z y xF z y x F z y xbz z yz xz by zyy xy bx zx yx x στττστττσ其中,,,F F F bzbybx为体力。
b 几何方程含义：用来描述应变和位移之间的关系。
=+∂∂∂∂yxyxxτσ0=+∂∂∂∂yxyxyστ形式：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+====∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂z x w z v y w y x z w y x zxyz xy z y x μγγμνγενεμεc 变形协调方程含义：变形协调方程也称变形连续方程，或相容方程。
ANSYS workbench摩擦生热实例
总结这个例子的几个要点：
1.几何下面插入command，单元为平面耦合场单元223，KEYOPT设置结构+温度自由度。
et,matid,plane223,11
2.摩擦接触下面同样设置温度自由度，还有导热率
keyopt,cid,1,1 !自由度
RMODIF,cid,14,1e4 !热传导系数
3.基于结构瞬态分析，所以温度载荷就得command完成了，还有求解器的一些设置。
/solu
tref,10
cmsel,s,base
d,all,temp,10
allsel
TRNOPT,full
OUTRES,ERASE
OUTRES,all,all
4.很快就计算完成，原则上应该在后处理查看到耦合场的结果，但是我查看结果总是提示 the result data fo contained in the result file ,我前面还故意加上了OUTRES,all,all，不知为什么，我没有做任何修改在AC 所有结果，wb中commad也没问题，这个问题还请斑竹和各位指导。
我怀疑是不是wb自身的问题，应力结果也不对，但是在经典界面这些问题都没有了。
还有我有个关于接触的疑问，此例中罚函数计算收敛，但是 aug lagrange却怎么试都不行，各位可以试一下本来以为aug lagrange更容易收敛。
附件是源文件，12.1版本，打不开的可以下载几何，自己操练一下。
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 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。
基于ANSYS的两个相对转动物体的摩擦生热分析
《弹性力学与有限元分析》院系：机械工程学院姓名：程俊智学号：201512202567专业方向：车辆工程2015年1月13日弹性力学与有限元方法作业1、已知应力分量分别为：y xy x x 84322-+=σ，yxy x y3222++=σ，y xy x xy 262221---=τ，===ττσyz xzz，证明当无体力时，该应力分量满足平衡微分方程。
证明：平衡微分方程如下所示：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂000F z y xF z y x F z y x bz z yz xz by zyy xy bx zx yx x στττστττσ===ττσyz xzz，故平衡微分方程简化如下：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+∂∂∂∂∂∂∂∂00y xy x y xy yx x σττσ（1）yx x x46+=∂∂σ，yx yy6+=∂∂σ， yx xxy6--=∂∂τ，yx yyx46--=∂∂τ。
故，，满足（1）式，所以当无体力时，该应力分量满足平衡微分方程。
2、弹性力学的基本方程都有哪些？并简述每种基本方程的含义及形式。
答：a 平衡微分方程含义：用来描述外力和应力之间的关系。
形式：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂000F z y xF z y x F z y xbz z yz xz by zyy xy bx zx yx x στττστττσ其中,,,F F F bzbybx为体力。
b 几何方程含义：用来描述应变和位移之间的关系。
=+∂∂∂∂yxyxxτσ0=+∂∂∂∂yxyxyστ形式：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+====∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂z x w z v y w y x z w y x zxyz xy z y x μγγμνγενεμεc 变形协调方程含义：变形协调方程也称变形连续方程，或相容方程。
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。
ansys workbench热分析教程
Training Manual • 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 DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了ANSYS Structural• 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Training Manual • 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。
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D esignModeler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Training Manual •唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity）•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Training ManualTraining Manual – 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）。
ansysworkbench热分析研究教程
6-1A.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• 本节描述地应用一般都能在ANSYS DesignSpaceEntra或更高版本中使用，除了ANSYSStructural• 提示：在ANSYS 热分析地培训中包含了包括热瞬态分析地高级分析K T T= Q 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地函数–{Q}可以是一个常量或是温度地函数• 固体内部地热流（Fourier’s Law）是[K]地基础；• 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地.–体、面、线•线实体地截面和轴向在DesignModeler中定义• 热分析里不可以使用点质量（PointMass）地特性•壳体和线体假设：–壳体：没有厚度方向上地温度梯度–线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度• 但在线实体地轴向仍有温度变化唯一需要地材料特性是导热性（ThermalConductivity）•Thermal Conductivity在Engineering Data中输入•温度相关地导热性以表格形式输入若存在任何地温度相关地材料特性，就将导致非线性求解.–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地解释）.–总结：–Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义地，同时还给了一个相对较小地值来适应模型里地小间距.• 默认情况下，假设部件间是完美地热接触传导，意味着界面上不会发生温度实际情况下，有些条件削弱了完美地热接触传导：TTx⋅ (T q = TCC target - T conta ct – 式中T contact 是一个接触节点上地温度， T target 是对应目标节点上地温度–默认情况下，基于模型中定义地最大材料导热性KXX 和整个几何边界框地对角线ASMDIAG ，TCC 被赋以一个相对较大地值.TCC = KXX ⋅10,000/ ASMDIAG– 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–如果已知接触热阻，那么它地相反数除以接触面积就可得到TCC值–Spotweld在CAD软件中进行定义（目前只有DesignModeler和Unigraphics 可用）.T2 T1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.– 它地单位是能量比上时间（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– 它地单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume ）正地热载荷会增加系统地能量.– 可以删除原来面上施加地边界条件• 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）– 它地单位是能量比上时间在除以面积（ e nergy/time/area ）温度、对流、辐射：•完全绝热条件将忽略其它地热边界条件 • 给定温度： – 给点、边、面或体上指定一个温度– 温度是需要求解地自由度• 至少应存在一种类型地热边界条件，否则，如果热量将源源不断地输入到系统中，稳态时地温度将会达到无穷大.• 另外，给定地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地表面上 .•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 ambient 地差值 来定义. q = hA (T surface - T ambient )– “h ” 和 “T ambient ” 是用户指定地值– 导热膜系数 h 可以是常量或是温度地函•与温度相关地对流：–为系数类型选择Tabular(Temperature)–输入对流换热系数-温度表格数据–在细节窗口中，为h(T)指定温度地处理方式•几种常见地对流系数可以从一个样本文件中导入.新地对流系数可以保存在文件中.•辐射:– 施加在面上（二维分析施加在边上）(4 4)– 式中： Q R = σεFAT surface - T ambient• 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在projectschematic里建立一个SSThermalsystem（SS热分析）•在Mechanical 里，可以使用Analysis Settings为热分析设置求解选项.–注意，第四章地静态分析中地AnalysisDataManagement选项在这里也可以使用.加地结构载荷和约束.– 求解结构在Static Structural 中插入了一个importedload 分支，并同时导入了施–温度–热通量–反作用地热流速–用户自定义结果•模拟时，结果通常是在求解前指定，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地求解.– 温度是标量，没有方向– 热通量 q 定义为q = -KXX ⋅∇TTotal Heat Flux （整体热通量）和DirectionalHeatFlux （方向热通量）–通过插入probe指定响应热流量，或–用户可以交替地把一个边界条件拖放到Solution上后搜索响应•作业6.1–稳态热分析•目标：–分析图示泵壳地热传导特性版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.Users may use the contents or services of this article for personal study, research or appreciation, and othernon-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisions of copyright law and other relevant laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its relevant obligees. In addition, when any content or service of this article is used for other purposes, written permission and remuneration shall be obtained from the person concerned and the relevant obligee.转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责任.Reproduction or quotation of the content of this article must be reasonable and good-faith citation for the use of news or informative public free information. It shall not misinterpret or modify the original intention of the content of this article, and shall bear legal liability such as copyright.。
ANSYS Workbench 热分析教程
传热学上机实验指导书ANSYS Workbench 热分析基础教程编制：杨润泽汽车工程系热能教研室2012年7月1.大平板一维稳态导热问题1.1. 问题描述长500mm，宽300mm，厚度30mm的大钢板，钢板上下表面的温度分别为200℃和60℃，钢的导热率为30W/(m·K)，试分析钢板温度分布和热流密度。
图1-1 大平板一维稳态导热模型1.2. 问题分析该问题为稳态导热问题，分析思路如下：1.选择稳态热分析系统。
2.确定材料参数：稳态导热问题，仅输入平板导热率。
3.【DesignModeler】建立钢板的几何模型。
4.进入【Mechanical】分析程序。
5.网格划分：采用系统默认网格。
6.施加边界条件：钢板上下表面施加温度载荷，四周对称面无热量交换，为绝热边界，系统默认无需输入。
7.设置需要的结果：温度分布和热流密度。
8.求解及结果显示。
1.3. 数值模拟过程1、选择稳态热分析系统1)工程图解中调入稳态热分析系统Steady-State Thermal（ANSYS）2)工程命名Conduction Thermal Analysis3)保存工程名为Conduction Heat Transfer2、确定材料参数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)选择钢材料属性【Properties of Outline Row 3: Structure Steel】【Isotropic ThermalConductivity】3)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30W/(m·℃)。
4)参数输完后，工程数据表显示导热率-温度图表。
3、DM建立模型1)选择【Geometry】【New Geometry】，出现【DesignModeler】程序窗口，选择尺寸单位【Millimeter】。
ANSYS WORKBENCH 11.0热分析
面，如果两侧都被指定成接触面或目标面，则称为对称接触。 但是，在热分析中，指定哪一侧是接触面，哪一侧是目标面并不 重要。 • 缺省时，DS对实体装配体使用对称接触。 对ANSYS Professional 及更高级licenses ，用户可在需要时改 为反对称接触。
Availability
x x
x
In the figure on the left, the solid green double-arrows indicate heat flow within the contact region. Heat flow only occurs if a target surface is normal to a contact surface.
Availability
x x
x
Model shown is from a sample Inventor assembly.
… 装配体 – 接触区
• 在DS中，每个接触区都用到接触面和目标面的概念。
– 接触区的一侧由接触面组成，另一侧由目标面组成。 – 在接触的法向上允许有接触面和目标面间的热流。
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
The light, dotted green arrows indicate that no heat transfer will occur between parts.
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。
基于ANSYS WORKBENCH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。
基于ANSYSWorkbench的研球机主轴热态特性分析
基于ANSYSWorkbench的研球机主轴热态特性分析以研球机主轴为研究对象，通过三维实体软件UG对主轴进行几何建模，利用ANSYS Workbench平台建立了主轴热态特性有限元分析模型，对主轴进行了热态特性分析。
通过分析，得到了机床主轴温度场的变化，热通量大小分布以及热变形的大小分布，为有效控制主轴热变形，保证机床的加工精度提供了理论依据。
标签：主轴；热态特性；加工精度引言随着现代加工技术的不断发展，高精度加工已逐渐成为现代工业化生产的主流。
在精密机械加工过程中，影响机床加工精度的因素很多，其中，机床主轴一直是影响机床加工精度的关键部件，主轴的转动和摩擦产生的热会造成主轴的热变形，而主轴的变形会直接影响机床的加工精度。
文章以ANSYS Workbench为平台，对研球机主轴的热态特性进行了分析。
1 主轴有限元模型的建立该研球机为陶瓷球研磨机床，其主轴组件主要包括主轴、轴承、研磨盘等零件。
文章通过UG6.0三维实体软件对主轴进行了几何建模，然后通过UG输出转换文件，导入到ANSYS Workbench分析软件中。
该分析主要是进行的热应力的部分分析，通过采用直接耦合法来求解得出耦合场的分析结果，即温度在主轴上的分布和结构的变形。
在ANSYS Workbench中对主轴进行网格划分，因为轴承所对应的主轴部分是发热的主要部分和受力处，在主轴转动时产生较多的热量，因此对该部位的网格划分要更加细密。
该研球机主轴的有限元模型如图1所示。
2 主轴的热源以及稳态热分布分析在研球机工作过程中，主轴主要受到两种热源：一是周围环境的空气对流以及阳光等一些外在的辐射热源；二是主轴转动与轴承产生的摩擦发出的热。
在一般情况下，机床加工通常处于室温的稳定情况，所以，我们主要考虑主轴与轴承在转动过程中产生的发热量。
当轴承在高速轻载条件下，M0占主要部分；当轴承在低速重载条件下，M1占主要部分。
该分析所用研球机运行过程中主轴转速75r/min，并且带动研磨板进行运动，主轴工作压力是25kN，属低速重载条件，因此在该研球机主轴的摩擦力矩中M1占主要部分。
ansys workbench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 DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了ANSYS Structural• 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D esignModeler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• 唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity ）• 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。
ANSYS摩擦生热分析
V=1m/s，向前滑动15mm。
E=69Gpa，v=0.3,e=2700kg/m3,导热系数150w；线膨胀系数23.9X10-6K-1；比热900J/(kg.K); 摩擦系数0.2，载荷系数40Mpa。
1.单元类型及选项（单元自由度、力学行为等）：
2.材料性能
3.建模
显示线段编号创建矩形面
4.分网
先整体划网产生节点再通过拾取线段及线上节点来创建目标单元
最后创建接触单元：
先选择所有元素再通过线段及线上节点（……）来创建接触单元
pick all 选择所有元素，显示单元，保存数据5.加载求解
先创建瞬态分析步及分析选项（菲涅尔、温差等）
加载（均匀温度载荷：0）
时间积分控制
求解控制（子步、时间、分析类型、输出）
选择7号线上所有节点，进行添加数组参数
对所选数组进行加载
对数组参数进行编辑
关闭后选择所有单元，再选择6号线条的节点，进行施加约束
选择1号面上所有节点进行位移约束
选择所有元素，进行求解，保存数据6.结果
结点温度场
内部X应力场
计算热传导过程
修改分析选项（时间10s，最大步为1000，否则停止）。
基于ANSYS的滑动摩擦热结构耦合分析
υ=
πd n 1000 ×60
于是 ,得到热流密度为
1 477
1477 1189 502
材料
45 # 钢 铜
45 # 钢 铜
45 # 钢 铜
45 # 钢 45 # 钢
铜
材料
45 # 钢 铜
45 # 钢 铜
45 # 钢 铜
(3)
第5期
王仕仙 ,等 :基于 ANS YS 的滑动摩擦热结构耦合分析
69
界发生热交换 ,靠近摩擦面的地方温差越大 ,热交 换强度较高 ,温度梯度就较大 ,而远离摩擦面的地 方情况恰好相反. 这基本反映了滑动状态下接触 区的热效应特征.
图 3 第 30 min 时的温度分布 Fig. 3 Temperat ure dist ribution for t hirtiet h minute
25
145
76
1 033 30. 5 316
16
1 144 28. 4 310
10
1 255 27. 7 305
7
1 366 27. 6 300
11. 7 5. 5 14 14. 6
18. 2 18. 5 温度/ K
811 922 662 762 452 465
0. 3 0. 32 7800 8900
图 2 环2环有限元模型 Fig. 2 Ring2ring finite element model
2. 2 材料属性及边界条件 2. 2. 1 材料属性 上试样采用 45 # 钢材料 ,下试 样采用黄铜 ,它们之间的摩擦系数为 0. 1 ,45 # 钢 和黄铜均采用双线性等向强化材料本构模型 , 材 料特性随温度变化 ,表 1 列出了 45 # 钢和黄铜在 不同温度下的性能[527 ] .
基于某ANSYSWORKBENCH地摩擦生热分析报告
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。
热力耦合·AnsysWorkBench摩擦生热简例
热力耦合·AnsysWorkBench摩擦生热简例
大家好，这次简单介绍在workbench里如何分析摩擦生热。
首先新建瞬态结构分析Transient Structural。
右键A3导入模型后，在右侧选择2D分析。
进入有限元分析后，给两个模型插入命令设置材料的网格类型，使用solid223，结构-热耦合。
两个模型的接触设置为有摩擦接触，摩擦系数0.2。
设置接触的求解方法是增强型拉格朗日算法，刚度每次更新。
给接触插入命令流，接触内包含结构自由度和温度自由度。
给平板设置固定约束，滑块设置位移约束。
在滑块上施加一个压力。
在分析上插入命令流。
/solu!在求解程序中
allsel!所有参与计算的单位和节点
tref,0!热分析参考温度是0℃
trnopt,full!瞬态分析的方法是Full Newton-Raphson，完全法timint,off,struc!关闭结构的瞬态分析，只进行瞬态热分析tintpr,,,,1.0!使用默认一阶积分
结果中设置自定义结果，查看温度
求解后的结果，自定义温度。
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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。
【求解过程】
1.进入ANSYS WORKBENCH14.5
2. 创建瞬态结构分析系统
3.设置材料属性。
双击engineering data,加入新材料，命名为al，设置属性如下。
4.创建几何模型。
双击geometry，进入到DM。
设置长度单位是毫米。
首先创建两个草图，
其几何图形及尺寸如下图
分别拉伸这两个草图，得到两个面体，并设置其厚度均为1mm.
存盘，退出DM。
设置几何单元的属性为2D实体，表明要做平面问题的分析。
5.设置单元类型。
双击MODEL,进入到MECHANICAL中。
（1）设置是平面应力问题。
（2）设置材料属性。
将两个物体的材料都设置为AL
（3）设置单元属性。
设置这两个物体的单元属性，都设置为热-结构耦合单元PLANE223.
为了做到这一点，首先对滑块添加一个命令对象。
在窗口中输入定义单元类型的APDL命令。
该命令对滑块设置其单元类型是PLANE223，并确定其关键字是11.该关键字意味着此单元用作热-结构耦合分析。
将该命令拷贝到定块中，设置定块也使用同样的耦合单元。
6.设置接触。
（1）设置接触特性。
设置滑块和定块之间发生摩擦接触。
并对该接触设置如下
即设置为摩擦系数是0.2的有摩擦接触，非对称接触，使用增强的拉格朗日算法，每次迭代均更新接触刚度。
（2）设置接触单元包含位移和温度自由度。
在该接触下面添加APDL命令。
在出现的文件窗口中输入下列命令
其含义是，对于接触单元contac172,设置其1号关键字是1，从ansys帮助中，可以知道该关键字为1的含义是，接触单元每个节点均包含有UX,UY,TEMP三个自由度。
即意味着是热-结构耦合问题。
为了防止上述命令在ANSYS自动更新时被删除，设置connections的属性如下
即：更新时，请不要生成自动连接关系。
7.划分网格。
设置单元尺寸为0.1mm，划分网格。
8.设置载荷步。
首先设置两个载荷步。
然后设置第一个载荷步的结束时间，时间步长等。
以及第二个载荷步
9.固定定块。
定块的位移全固定。
10.施加压力。
在滑块的上边线上施加竖直向下的均布载荷10MPa.
11.施加位移。
给滑块的右侧边施加位移。
其X方向位移如下表。
即在3.75毫秒时已经移动了3.75mm,然后一直维持到0.2秒不动。
12.设置求解算法。
首先在transient下插入命令
然后在出现的文本窗口中输入如下命令流
其含义如下
/solu-----------进入到solu求解程序中；
allsel---------选择所有的节点和单元参与计算；
tref,0---------定义热应变分析的参考温度是0；
trnopt,full-----定义瞬态分析的算法:完全法；
timint,off,struc-----对于结构有关的自由度UX,UY，关闭瞬态效果（即不考虑质量或者惯性作用）,这样只是做瞬态热分析。
tintp,，，，1.0-----定义瞬态热分析的积分参数。
这里定义了一阶瞬态热分析的积分参数是1.0.
另外，确定是每个时间步均执行上述命令流。
13.计算。
14.后处理。
插入总变形，等效应力。
插入自定义结果，在表达式中取出系统的温度变量。
更新得到下列结果。
等效应力如下图
可见，在滑动的过程中，滑块的右下角点有最大的应力。
而定块的应力均匀。
最后时刻的温度分布如下图
可见，由于使用了默认的绝热边界条件，动块和定块的温度均趋于均匀。
而且，定块和动块之间，由于默认的热阻是无限大，所以，虽然二者有温度差，但是在两个物块之间并
没有热传递行为发生。
这与实际情况显然是有区别的。
可以通过设置接触面之间的热导率来更加逼真地模拟此情况。
下面是最高温度的变化线图
可见，在动块刚滑移到终点时刻，温度急剧上升到最高4.3k，然后动块静止。
由于是绝热边界条件，热向两个物体内部渐渐扩散，从而最高温度渐渐降低。
大概到0.05秒时，温度就已经均衡，热传导过程结束，两个物体均处于恒温状态。
下面是动块滑动过程中某一瞬间的温度云图。
可以看到，对于动块而言，摩擦面温度最高，此时正在通过热传导将热量向上方传递。