ANSYS--热力耦合分析单元简介
ANSYS耦合场分析_热应力
例如: 如果结构网格包括在热模型中不存在的圆角 时,许多节点将落在热模型的外面。如果圆角足 够大而且热模型足够细致,圆角区域的载荷将不 能写出。
10-15
基本过程
在热-应力分析中,由温度求解得到的节点温度 将在结构分析中用作体载荷。 当在顺序求解使用手工方法时将热节点温度施加到结构单元上有两种选项。选择 的原则在于结构模型和热模型是否有相似的网格划分:
如果热和结构的单元有相同 的节点号码. . .
1
• 热模型自动转换为结构模型,使用 ETCHG 命令(见相应单元表格)。 • 温度可以直接从热分析结果文件读出 并使用LDREAD 命令施加到结构模型 上。
10-3
直接方法 - 例题
在第七章对流部分中,介绍了FLUID66和FLUID116热—流单元。该单元具有 热和压力自由度,因此是直接耦合场单元。
ANSYS有一些其他的耦合单元,具有结构,热,电,磁等自由度。绝大多数 的实际问题只涉及到少数几个物理场的耦合。这里提供了几个涉及到热现象 的直接耦合场分析。
• 不同场之间使用统一的单位制。例如,在热-电分析中,如果电瓦单位使 用瓦(焦耳/秒),热单位就不能使用Btu/s。
• 由于需要迭代计算,热耦合场单元不能使用子结构。
10-6
直接方法 - 加载, 求解, 后处理
在直接方法的加载,求解,后处理中注意以下方面: • 如果对带有温度自由度的耦合场单元选择 瞬态 分析类型的话: – 瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。 – 瞬态电效果(电容,电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度 被 激活)。 – 带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带 有标量势自由度的单元只能模拟静态现象(SOLID5)。 • 学习每种单元的自由度和允许的载荷。耦合场单元允许的相同位置(节点,单元面等)施加多 种类型的载荷 (D, F, SF, BF) 。 • 耦合场分析可以使高度非线性的。考虑使用Predictor 和 Line Search 功能改善收敛性。 • 考虑使用Multi-Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中。
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 apdl中磁热耦合单元
ansys apdl中磁热耦合单元磁热耦合单元(MAGHT)是一种特殊的元素,用于在ANSYS APDL中模拟磁场和热场之间的相互作用,它可以用于求解电磁加热和感应焊接、电磁渗透加热等问题。
本文将对ANSYS APDL中的磁热耦合单元进行详细介绍,包括其基本原理、建模方法、仿真分析等方面。
一、磁热耦合单元基本原理在电磁加热、电磁感应焊接和电磁渗透加热等领域中,物体表面会受到磁场的影响,产生感应电流,同时由于感应电流通过电阻产生热量,导致物体表面温度升高。
此时,物体表面的温度分布和磁场分布是相互耦合的。
为了解决这种耦合问题,可以使用磁热耦合单元。
磁热耦合单元的工作原理是:在磁场作用下,物体表面的感应电流大小和分布会受到影响,从而影响物体表面的能量转换。
由于电能转换成热能的能量转换效率不同,因此导致物体表面的温度分布也会随之发生变化。
因此,磁热耦合单元既要考虑磁场分布的影响,也要考虑温度分布的影响。
具体来说,磁热耦合单元是将感应电流产生的热源计入到热传导方程中,从而在求解热传导方程时考虑磁场影响。
这样就可以同时求解磁场和温度分布,从而实现磁场与热场的耦合模拟。
二、磁热耦合单元的建模方法1.几何模型的建立在进行磁热耦合的模拟建模时,首先要进行几何模型的建立。
一般的方法是利用CAD软件或三维建模软件建立物体的几何模型。
可以在ANSYS中导入相关的CAD模型,例如IGES、STEP等格式文件,然后利用ANSYS APDL中的几何构造命令对CAD模型进行处理,修剪和划分。
2.网格划分在建立好几何模型后,需要对模型进行网格划分。
网格划分需要考虑到物体的几何形状、仿真的精度、计算资源等多方面因素。
一般来说,将物体分割为小块并保证各个小块的几何形状为四面体形状,这样可以最大程度地减小误差。
同时,在耦合分析中还需要注意不同区域的网格密度不同,需要根据磁场和温度分布的变化对网格进行加密或细化。
3.模型参数设置在进行模拟分析前,需要对相应的参数进行设置。
热力耦合单元介绍
热力耦合分析单元简介SOLID5-三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义,每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中,可以使用标量势公式(对于简化的RSP,微分的DSP,通用的GSP)。
在结构和压电分析中,具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9-二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点,每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元,或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度(AZ)时,分析可以是线性的也可以是非线性的,静态的或动态的。
使用热自由度时,只能进行线性稳态分析。
PLANE13-二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义,每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能,可用于模拟B-H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时,具有大变形功能,相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31-辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维(平面或轴对称)或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析,辐射单元应当被一个等效的或(空)结构单元所代替。
LINK32-二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维(平面或轴对称)稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析,该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33-三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
ANSYS热分析指南
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-℃ 3二、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:dxdTkq -='',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 结构耦合分析
第21章热-结构耦合分析热-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。
Ansys经典界面耦合场分析单元转换
维度:3D
耦合场:热-应力;热-电-磁;热-应力-电-磁
节点数:8
自由度:温度;结构位移;电势;磁矢势
单元几何形状
PLANE13
维:2D
耦合场:热-应力;热-电
节点数:4
自由度:温度;结构位移;磁矢势
单元几何形状
PLANE67
维度:2D
耦合场:热-电
节点数:4
自由度:温度;电势
单元几何形状
单元几何形状
PLANE223
维度:2D
耦合场:热-应力;热-电;热-应力-电;热-压电
节点数:8
自由度:结构位移;温度;电势
单元几何形状
SOLID226
维度:3D
耦合场:热-应力;热-电;热-应力-电;热-压电
节点数:20
自由度:结构位移;温度;电势
单元几何形状
SOLID227
维度:3D
耦合场:热-应力;热-电;热-应力-电;热-压电
④4节点四边形
⑤8节点四边形
⑥圆锥体
⑦圆柱体
⑧球体
CONTA171
维度:2D
耦合场:热-应力;热-电;热-应力-电
节点数:2
自由度:结构位移;温度;电势
单元几何形状
CONTA172
维度:2D
耦合场:热-应力;热-电;热-应力-电
节点数:3
自由度:结构位移;温度;电势
单元几何形状
CONTA173
维度:3D
LINK68
维度:3D
耦合场:热-电
节点数:2
自由度:温度;电势
单元几何形状
SOLID69
维度:3D
耦合场:热-电
节点数:8
ANSYS--热力耦合分析单元简介
ANSYS--热力耦合分析单元简介挑选了部分常用的,希望能方便大家的使用,其中自己翻译了一部分,不准确之处还望见谅,大家还可以继续补充哦!:SOLID5-三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义,每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中,可以使用标量势公式(对于简化的RSP,微分的DSP,通用的GSP)。
在结构和压电分析中,具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9-二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点,每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元,或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度(AZ)时,分析可以是线性的也可以是非线性的,静态的或动态的。
使用热自由度时,只能进行线性稳态分析。
PLANE13-二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义,每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能,可用于模拟B-H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时,具有大变形功能,相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31-辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维(平面或轴对称)或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析,辐射单元应当被一个等效的或(空)结构单元所代替。
LINK32-二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维(平面或轴对称)稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析,该单元可被一个等效的结构单元所代替。
Ansys--热耦合
ansys热力耦合分析单元简介SOLID5-三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义,每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中,可以使用标量势公式(对于简化的RSP,微分的DSP,通用的GSP)。
在结构和压电分析中,具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9-二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点,每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元,或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度(AZ)时,分析可以是线性的也可以是非线性的,静态的或动态的。
使用热自由度时,只能进行线性稳态分析。
PLANE13-二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义,每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能,可用于模拟B-H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时,具有大变形功能,相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31-辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维(平面或轴对称)或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析,辐射单元应当被一个等效的或(空)结构单元所代替。
LINK32-二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维(平面或轴对称)稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析,该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33-三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
Ansys耦合热分析教程解读
物理环境 (续)
同时,确认网格划分的密度在所有物理环境中都能得到可以接收的 结果。如:
这种划分方法在热分析中可以得到 满意的温度分布,但. . .
. . . 这样的网格密度在结构分析中
才能得到准确的结果。
物理环境方法允许载一个模型中定义最多9种物理环境。这种方法 当考虑多于两个场的相互作用时或不能在每个环境中使用不同的数 据库文件的情况下比较适用。要得到关于间接问题的物理环境方法, 可以参考《耦合场分析指南》的第二章。
间接方法
间接方法 用于求解间接耦合场问题。它需要连续进行两个单场的
分析(而不是同时),第一种分析的结果作为第二种分析的载荷。如:
热
结构
热
结构
许多问题需要热到结构 的耦合(温度引 起的热膨胀) 但反之不可 结构到热 耦合是可以忽略的(小的应变 将不对初始的热分析结果产生影响)
在实用问题中,这种方法比直接耦合要方便一些,因为分析使用的 是单场单元,不用进行多次迭代计算。
1.建立,加载,求解 热模型
5b.写节点文件 (NWRITE) 并存储结 构文件
5c.读入热模型并进行 温度插值 (BFINT)
结束 5d. 读入结构模型并读 入体载荷文件 (/INPUT)
9. 后处理
4.定义结构材料特性
6. 指定分析类型,分 析选项和载荷步选项
7. 指定参考温度并施 加其它结构载荷
流程细节 (续)
5B. 从热分析中施加温度体载荷(LDREAD 命令):
5B 确定结果的 时间和子步 确定温度结 果文件 9. 求解当前载荷步
8. 存储并求解
流程细节
下面是热-应力分析的每步细节。
1. 2.
建立热模型并进行瞬态或稳态热分析,得到节点 上的温度。 查看热结果并确定大温度梯度的时间点 (或载荷步 /子步)。
ANSYS电热耦合分析
一、Electric-Thermal AnalysisANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应(Joule heating)、塞贝克效应(Seebeck effect)、珀尔帖效应(Peltier effect)、珀尔帖效应(Thomson effect)。
我们这里的分析主要是Joule heating分析,即通电产生热量,用于加热双层薄片。
1. ANSYS电-热耦合知识点1.1、Element DOFs选项:UX, UY, UZ, and TEMP:可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示,其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements,专用于Joule heating effects,SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。
For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1;For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set KEYOPT(1) to 110。
1.2、Material Properties设置:对于Joule heating effects,需要设置材料参数:电学参数:electric permittivity电阻率RSVX、RSVY、RSVZ热学参数:thermal conductivity导热系数KXX, KYY, KZZ若考虑瞬态热效应,需设置密度DENS、比热C或焓ENTH1.3、Load载荷设置:设置Applied Voltage or Current设置对流、辐射、传热等边界条件1.4、Solve求解进行ANSYS三维电热分析,选择SOLID69单元,为专用于焦耳热分析的单元,只需设置电阻率RSVX、导热系数KXX,加载电压VOLT、对流系数CONV即可进行求解,不考虑加热元件本身的热变形;选择SOLID98,除以上参数外,还可以设置弹性模量EX、泊松比PRXY、热膨胀系数ALPX,即可分析加热元件本身的变形。
ANSYS电热耦合分析
一、Electric-Thermal AnalysisANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应(Joule heating)、塞贝克效应(Seebeck effect)、珀尔帖效应(Peltier effect)、珀尔帖效应(Thomson effect)。
我们这里的分析主要是Joule heating分析,即通电产生热量,用于加热双层薄片。
1. ANSYS电-热耦合知识点1.1、Element DOFs选项:UX, UY, UZ, and TEMP:可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示,其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements,专用于Joule heating effects,SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。
For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1;For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set KEYOPT(1) to 110。
1.2、Material Properties设置:对于Joule heating effects,需要设置材料参数:电学参数:electric permittivity电阻率RSVX、RSVY、RSVZ热学参数:thermal conductivity导热系数KXX, KYY, KZZ若考虑瞬态热效应,需设置密度DENS、比热C或焓ENTH1.3、Load载荷设置:设置Applied Voltage or Current设置对流、辐射、传热等边界条件1.4、Solve求解进行ANSYS三维电热分析,选择SOLID69单元,为专用于焦耳热分析的单元,只需设置电阻率RSVX、导热系数KXX,加载电压VOLT、对流系数CONV即可进行求解,不考虑加热元件本身的热变形;选择SOLID98,除以上参数外,还可以设置弹性模量EX、泊松比PRXY、热膨胀系数ALPX,即可分析加热元件本身的变形。
ANSYS热分析详解解析
ANSYS热分析详解解析第一章简介一、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-℃ 3二、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:dxdTkq -='',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-应力耦合分析
• ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐 射三种传递方式,热传导是指完全接触的 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,它遵循 傅里叶定律,即热量奖项温度低的方向流 动;热对流是指固体的表面与他周围的液 体之间,由于温差的存在所引起的热量交 换,分为自然对流和强制对流;热辐射是 指物体发射电磁能,并被其他物体吸收转 变为热得热量过程。
热-应力耦合分析
2011.10.28 尹训强
一、热分析过程与步骤
• 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其 热物理参数,如热量的获取或损失、热梯度等。 它是基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元 计算各节点的温度,并到处其他热物理参数。 • 通常热分析后进行结构应力分析,计算由于热膨 胀或收缩引起的热应力。 • ANSYS的热分析可用于分析稳态传热(即系统的 温度场不随时间变化)和瞬态传热(及系统的温度 场随时间明显变化)的问题。
• 瞬态传热过程是指在一个系统的加热或冷 却过程中,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的变化, 根据能量守恒,瞬态热平衡可以表达为:
2.稳态热分析
• 稳态热分析用于分析稳定的热何在对系统或部件 的影响,通过有限元分析可以确定由于稳定的热 荷载引起的温度、热梯度、热流率等参数。 • 热分析的三个步骤: • (1) 建模 • 进入前处理后,完成的工作有选择单元类型、 确定单元选项、设置实常数、输入材料的热性能 属性、创建集合模型、设置网关单元大小、生成 有限元分析的网格单元。
• LDREAD,TEMP,,,,,bak,RTH
谢 谢!
• 第一种方法适合知道所有的节点温度,将温度 作为体载荷加在各个节点上。 • 间接法是首先在ANSYS中进行热分析,再将得 到的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析 中。 • 直接法是使用具有温度和位移自由度的耦合单 元,同时得到热分析和结构应力分的结果。
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:dxdTkq -='',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 Example07热-结构耦合分析算例 (ANSYS)
k,4,8,
k,0,6
k,5,0,8
larc,2,3,1,5
larc,4,5,1,8
l,2,4
l,3,5
al,1,2,3,4
esize,0.5
amesh,all
!!!!!!!!!!!!!
FINISH
/SOL
!*
ANTYPE,0
DL,1, ,TEMP,1000,0
DL,2, ,TEMP,20,0
(6)下面首先进入热分析,进入ANSYS主菜单Solution->Analysis Type->New Analysis,设置分析类型为稳态分析Steady-state
(7)输入热边界条件,进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Thermal-> Temperature-> On Lines,在直线1上加上1000度的温度荷载,如图所示,在直线2上加上20度的温度荷载。
(5)下面划分网格,由于本模型只有一种单元一种材料,所以不必复杂的设置属性。进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Size Cntrls->ManualSize->Global->Size,在Global Element Size窗口中设置单元尺寸为0.5。在ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas,点选圆环进行网格划分
solve
!!!!!!!!!!!!
FINISH
/POST1
!*
/EFACET,1
PLNSOL, TEMP,, 0
FINISH
热力耦合单元
1 热力耦合分析简介
热应力问题实际上是热和应力两个物理场之间的相互作用,故属于耦合场分析问题。
与其他耦合场得分析方法类似,ANSYS提供了两种分析热应力的方法:直接法和间接法。
直接法是指直接采用具有温度和位移自由度的耦合单元,同时得到热分析和结构应力分析结果;间接法则是先进行热分析,然后将求得的节点温度作为体载荷施加到结构应力分析中。
2 直接法进行热应力分析单元
ANSYS运用直接法进行热应力分析主要采用耦合单元,其中包括热—应力耦合单元、热—应力—电和热—应力—磁耦合单元,表1显示了不同类型的热—应力耦合单元。
表1 ANSYS12.1常用的热耦合单元
3 间接法进行热应力分析单元
间接法一般是先采用常规热单元进行热分析,然后将热单元转换为响应的结构单元,并将求得的节点温度作为体载荷施加到模型上再进行结构应力分析,因此在整个分析过程中存在热单元与结构单元的转换问题,表2列出了热单元与响应的结构单元的对应关系。
表2 热单元与结构单元的转换表。
ansys的直接耦合场分析(热结构耦合)
在直接耦合场分析的前处理中要记住以下方面:
•使用耦合场单元的自由度序列应该符合需要的耦合场要求。
模型中不需要耦合的部分应使用普通单元。
•仔细研究每种单元类型的单元选项,材料特性合实常数。
耦合场单元相对来说有更多的限制(如, PLANE13不允许热质量交换而PLANE55单元可以, SOLID5不允许塑性和蠕变而SOLID45可以)。
•不同场之间使用统一的单位制。
例如,在热-电分析中,如果电瓦单位使用瓦(焦耳/秒),热单位就不能使用Btu/s。
•由于需要迭代计算,热耦合场单元不能使用子结构。
在直接方法的加载,求解,后处理中注意以下方面:
•如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话:
–瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。
–瞬态电效果(电容,电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度被激活)。
–带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带有标量势自由度的单元只能模拟静态现象(SOLID5)。
•学习每种单元的自由度和允许的载荷。
耦合场单元允许的相同位置(节点,单元面等)施加多种类型的载荷(D, F, SF, BF) 。
•耦合场分析可以使高度非线性的。
考虑使用Predictor 和Line Search 功能改善收敛性。
•考虑使用Multi-Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中。
Ansys的热载荷及热单元类型
Ansys的热载荷及热单元类型Ansys的6种热载荷ANSYS共提供了6种载荷,可以施加在实体模型或单元模型上,包括:温度、热流率、对流、热流密度、生热率和热辐射率。
1. 温度作为第一类边界条件,温度可以施加在有限元模型的节点上,也可以施加在实体模型的关键点、线段及面上。
2. 热流率热流率(Heal Flow)—种节点集中载荷,只能施加在节点或关键点上,主要用于线单元模型。
提示:如果温度与热流率同时施加在某一节点上,则ANSYS读取温度值进行计算。
3.对流对流(Convection)是一种面载荷,用于计算流体与实体的热交换。
它可以施加在有限元模型的节点及单元上,也可以施加在实体模型的线段和面上。
4.热流密度热流密度,又称热通量(Heat Flux),单位为W/m2。
热流密度是一种面载荷,表示通过单位面积的热流率。
当通过单位面积的热流率己知时,可在模型相应的外表面施加热流密度。
若输入值为正,则表示热流流入单元:反之,则表示热流流出单元。
它可以施加在有限元模型的节点及单元上,也可以施加在实体模型的线段和面上。
提示:热流密度与对流可以施加在同一外表面,但ANSYS将读取最后施加的面载荷进行计算。
5. 生热率如前所述,生热率既可看成是材料的一种基本属性,又可作为载荷施加在单元上,它可以施加在有限元模型的节点及单元上,也可以施加在实体模型的关键点、线段、面及体上。
6. 热辐射率热辐射率也是一种面载荷,通常施加于实体的外表面。
它可以施加在有限元模型的节点及单元上,也可以施加在实体模型的线段和面上。
Ansys的热单元类型ANSYS 热分析共提供了40余种单元,其中包括辐射单元、对流单元、特殊单元以及前面所介绍的耦合场中-元等。
其中常见的用于热分析的单元有16种:下面一次对各单元进行介绍●MASS71维度:1D、2D、3D节点数:1自由度:温度性质:质量单元几何形状●LINK31维度:2D、3D节点数:2自由度:温度性质:热辐射单元几何形状●LINK32维度:2D节点数:2自由度:温度性质:热传导单元几何形状●LINK33维度:3D节点数:2自由度:温度性质:热传导单元几何形状●LINK34维度:2D、3D节点数:2自由度:温度性质:热对流单元几何形状●SURF151维度:2D节点数:2、3或4自由度:温度性质:表面单元几何形状①2节点单元②3节点单元③4节点单元●SURF152维度:2D节点数:4、5、8或9 自由度:温度性质:表面单元几何形状①4节点单元②5节点单元③8节点单元④9节点单元PLANE35维度:2D节点数:6自由度:温度性质:平面三角形单元几何形状●PLANE55维度:2D节点数:4自由度:温度性质:平面四边形单元几何形状●PLANE75维度:2D节点数:4自由度:温度性质:平面轴对称单元几何形状●PLANE77维度:2D节点数:8自由度:温度性质:平面四边形单元几何形状(提示:适合于模拟曲面边界)●PLANE78维度:2D节点数:8自由度:温度性质:平面轴对称单元几何形状●SOLID70维度:3D节点数:8自由度:温度性质:六面体单元几何形状●SOLID87维度:3D节点数:10自由度:温度性质:四面体单元几何形状(提示:适合不规则形状的几何划分)●SOLID90维度:3D节点数:20自由度:温度性质:六面体单元几何形状(提示:适合于模拟曲面边界)●SHELL57维度:3D节点数:4自由度:温度性质:壳单元几何形状。
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SOLID70-三维热实体
具有八个节点,每个节点一个温度自由度。该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题,并可补偿由于恒定速度场质量输运带来的热流损失。如果包含热实体单元的模型还需进行结构分析,可被一个等效的结构单元(如SOLID45)所代替
PLANE55-二维热实体
可作为一个具有二维热传导能力的平面或轴对称环单元使用。具有四个节点,每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维稳态或瞬态热分析问题,并可以补偿由于恒定速度场带来的质量输运热流。如果包含热单元的模型还需进行结构分析,该单元应当被一个等效的结构单元(如PLANE42)所代替。
可用于三维的热稳态或瞬态分析问题,其等效的结构单元如SOLID92。
SOLID90-三维二十节点热实体
三维的八节点热单元SOLID70的高阶形式。二十个节点,每个节点一个温度自由度。二十节点单元有协调的温度形函数,尤其适用于描述弯曲的边界。
八节点单元有协调的温度形函数,尤其适用于描述弯曲的边界。
该单元可用于二维轴对称的稳态或瞬态热分析问题。其等效结构单元如PLANE83。
SOLID87-三维十节点四面体热实体
特别适合于对不规则的模型(例如从不同的CAD/CAM系统产生的模型)划分网格。每个节点只有一个温度自由度。
适用于三维的稳态或瞬态热分析问题。其等效的结构单元如SOLID95。
INFIN110-二维无限实体
用于模拟一个二维的边界开放的极大场问题,其一个单层用于描述无限体的外部子域。具有二维(平面的和轴对称)磁势能,温度,或静电势能特性。由四或八节点定义,每个节点有单一的自由度。所依附的单元类型可以是PLANE13和PLANE53磁单元,PLANE55、PLANE35和PLANE77热单元,或静电单元121。加上磁势或温度自由度后,分析可以是线性的或非线性的,静态的或动态的。
SHELL132-8节点热层壳单元
三维的层壳单元,具有面内和厚度方向的热传导能力。本单元八个节点,每个节点最多可以有32个自由度。本单元适用于三维的稳态或瞬态热分析问题,产生的节点温度可施加于结构壳单元以用于模拟热弯曲。其等效的结构单元如SHELL91、SHELL93、SHELL99
PLANE13-二维耦合场实体
具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。由4个节点定义,每个节点可达到4个自由度。具有非线性磁场功能,可用于模拟B-H曲线和永久磁铁去磁曲线。具有大变形和应力钢化功能。当用于纯结构分析时,具有大变形功能,相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
此单元有一个选项,用来模拟通过多孔介质的非线性稳态流动(渗流)。此时,原有的热参数被解释成相似的流体流动参数。
SHELL57-热壳
三维的具有面内导热能力的单元,具有四个节点,每个节点一个温度自由度。该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。
INFIN9-二维无限边界
用于模拟一个二维无界问题的开放边界。具有两个节点,每个节点上带有磁向量势或温度自由度。所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元,或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。使用磁自由度(AZ)时,分析可以是线性的也可以是非线性的,静态的或动态的。使用热自由度时,只能进行线性稳态分析。
对这个单元的几何体,节点坐标和坐标系在INFIN111中显示。由八或二十个节点和材料参数定义。必须定义非零的材料参数。
SHELL131-4节点热层壳单元
三维的层壳单元,具有面内和厚度方向的热传导能力。本单元四个节点,每个节点最多可以有32个自由度。本单元适用于三维的稳态或瞬态热分析问题,产生的节点温度可施加于结构壳单元以用于模拟热弯曲。其等效的结构单元如SHELL43、SHELL63、SHELL143或SHELL181。
如果包含热对流单元的模型还需要进行结构分析,热对流单元可被一个等效(或空)的结构单元所代替。单元的对流换热系数可分为非线性,即对流换热系数是温度或时间的函数。
PLANE35-二维六节点三角形热实体
它是一个与八节点PLANE77单元兼容的三角形单元。适用于形状不规则的模型(例如从不同的CAD/CAM系统产生的模型)划分网格。只有一个温度自由度。
LINK31-辐射线单元
用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。每个节点有一个自由度。可用于二维(平面或轴对称)或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。发射率可与温度相关。如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析,辐射单元应当被一个等效的或(空)结构单元所代替。
可作为具有三维导热能力的轴对称单元使用。有四个节点,每个节点只有一个温度自由度。它是PLANE55单元轴对称型的一般形式,可承受非轴对称载荷。在剪切偏移中描述了各种载荷情况。
该单元可用于二维轴对称的稳态或瞬态热分析问题。其等效结构单元如PLANE25,相似的带中间节点的单元是PLANE78。
用于节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析,该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK34-对流线单元
用于模拟节点间热对流的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。热对流杆单元可用于二维(平面或轴对称)或三维、稳态或瞬态的热分析问题。
INFIN111-三维无限实体
用于模拟一个三维的边界开放的极大场问题,其一个单层用于描述无限体的外部子域。具有二维(平面的和轴对称)磁势能,温度,或静电势能特性。由八或二十节点定义,有三维磁标量和向量势能,温度或静电势能特性。每个节点有单一的自由度。封闭的单元类型可以是SOLID96和SOLID97和SOLID98和SOLID5和SOLID62磁单元,SOLID70和SOLID90和SOLID87热单元,或静电单元SOLID122和SOLID123。加上磁势或温度自由度后,分析可以是线性的或非线性的,静态的或动态的。
挑选了部分常用的,希望能方便大家的使用,其中自己翻译了一部分,不准确之处还望见谅,大家还可以继续补充哦!:
SOLID5-三维耦合场实体
具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。本单元由8个节点定义,每个节点有6个自由度。在静态磁场分析中,可以使用标量势公式(对于简化的RSP,微分的DSP,通用的GSP)。在结构和压电分析中,具有大变形的应力钢化功能。与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
PLANE77-二维八节点热实体
是PLANE55的高阶形式,每个节点只有一个温度自由度。八节点单元有协调的温度形函数,尤其适用于描述弯曲的边界。
PLANE78-八节点轴对称谐分析热实体
可作为具有三维导热能力的轴对称单元使用。每个节点只有一个温度自由度。它是PLANE77单元的一般形式,可承受非轴对称载荷。在剪切偏移中描述了各种载荷情况。
在稳态求解中,它只起到温度相关的热源或热的接收器的作用。其它在热分析问题中有特殊用途的单元为COMBIN14和COMBIN40。
如果包含热质量单元的模型还需要进行结构分析,该单元可被一个等效的结构单元所代替(如MASS21)。
PLANE75-轴对称谐分析热实体
此单元有一个选项,用来模拟通过多孔介质的非线性稳态流动。此时,原有的热参数被解释成相似的流体流动参数。例如,温度自由度等效为压力自由度。
MASS71-热质量
点单元,只有一个温度自由度。具有热容但忽略内部热阻的物体,如果其内部无明显的温度梯度,则可使用热质量单元来模拟它以进行瞬态热分析。该单元还有一个功能,即温度与热产生率相关的能力。可用于一维、二维或三维的稳态或瞬态热分析。
LINK32-二维传导杆
用于两节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于二维(平面或轴对称)稳态或瞬态的热分析问题。