热应力分析

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约束产生 热 应力
材料不同产 生热应力
热-应力分析
…概述
• 在ANSYS中解决热-应力问题的方法有两种。两种方法各有 长处。
– 顺序耦合 - 传统方法使用两种单元类型，将热分析的结果做为结构温度 载荷 + 当运行很多热瞬态时间点但结构时间点很少时效率较高 + 可以很容易地用输入文件实现自动处理 – 直接 + 新方法使用一种单元类型就能求解两种物理问题 + 热问题和结构现象之间可实现真正的耦合 - 在某些分析中可能耗费过多的时间
热-应力分析
…顺序耦合
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b) 定义结构的材料属性 (EX,等.), 包括热膨胀系数 (ALPX). (若使用的是 ANSYS提供的材料库，材料 的热属性和结构属性均已定义，该步可以 省略.)
注意: 如果没有定义 ALPX或将该项设置为0，则不能计算热应变. 用
户可以使用该项技巧 “关闭” 温度的影响! c) 指定静力分析类型. 该步仅在热分析类型为瞬态时使用 • Solution > -Analysis Type- New Analysis • 或使用 ANTYPE 命令
注意: 转换单元类型时，将把所有的单元选项重新设置回它们原来的
缺省设置. 例如, 若用户在热分析中使用的是2-D轴对称单元，则需要 在转换后重新指定轴对称选项. 因此,一定要确保设置正确的单元选项 : • Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > [Options] • 或使用 ETLIST 和 KEYOPT 命令
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热-应力分析
B. 顺序耦合
• 顺序耦合涉及两种分析:
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1. 首先做一个稳态 (或瞬态) 热分析
• 建立热单元模型 • 施加热载荷 • 求解并查看结果 2. 然后做静力结构分析 • 把单元类型转换成结构单元. • 定义包括热膨胀系数在内的结构材料属性. • 施加包括从热分析得到的温度在内的结构载 荷 • 求解并查看结果 jobname.rst 温度 jobname.rth
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•
直接耦合
– 对耦合场的相互作用是高度非线 性的情况，直接方法优先，并且 该方法在用耦合公式单一求解时 是最好的 – 直接耦合的例子包括压电分析, 有 流体流动的共轭传热问题及电路 电磁分析
热-应力分析
D. 专题讨论
• 可参考补充例题中的介绍:
W4a. 带翅片的轴对称管(顺序耦合场) W4b. 带翅片的管 (直接耦合场)
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第7章
热-应力分析
热-应力分析
• • 本章简要描述如何作热-应力分析. 目的有两个:
– 向用户展示在应力分析中如何施加热载荷 – 向用户介绍耦合分析.
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•
主要包括以下主题:
A. 概述 B. 顺序耦合 C.直接耦合 D. 专题讨论
热-应力分析
A. 概述
热应力的产生 • • • 结构受热或变冷时，由于热胀冷缩产生变形. 若变形受到某些限制—如位移受到约束或施 加相反的力—则在结构中 产生热应力. 产生热应力的另一个原因是由于材料不同而 形成的不均匀变形(如, 不同的热膨胀系数).
热-应力分析
…顺序耦合
d) 施加结构载荷并把温度作为载荷的一部分.
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• Solution > -Loads- Apply > -Structural- Temperature > From Therm Analy • 或使用 LDREAD 命令 e) 求解. f) 查看应力结果.
热分析
结构分析
热-应力分析
…顺序耦合
1. 热分析
– 该过程在第6章中描述.
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2. 结构分析
a) 返回到 PREP7，把热单元类型转换成结构类型. • Preprocessor > Element Type > Switch Elem Type • 或用 ETCHG 命令
热-应力分析
C. 直接耦合
•
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直接耦合 通常只涉及用 耦合单元 的分析，该单元包括必要的自由度.
1. 首先用以下耦合单元之一建立模型并划分 网格
• • • PLANE13 (板实体单元) SOLID5 (六面体单元) SOLID98 (四面体单元tetrahedron).
热分析
合并的
2. 在模型上施加结构载荷、热载荷及约束. 3. 求解并查看热分析结果和结构分析结果.
结构分析
jobname.rst
热-应力分析
… 顺序耦合 和 直接耦合 的比较
• 顺序耦合
– 对不是高度非线性的耦合情况, 顺 序方法更有效，更灵活，因为可 以相互独立地执行两种分析. – 在顺序热-应力分析中，例如，在 非线性瞬态热分析之后可以紧接 着进行线性静力分析. 然后可以 把热分析中任意荷载步或时间点 的节点温度作为应力分析的载荷.