热结构耦合
磁热结构耦合场仿真教程
磁热结构耦合场仿真教程磁热结构耦合场仿真是指在考虑磁场、热场和结构场之间相互影响的情况下，对整个系统进行数值模拟和计算。
在本教程中，我们将介绍基于COMSOL Multiphysics软件进行磁热结构耦合场仿真的基本步骤。
第一步：建立模型首先，在COMSOL Multiphysics软件中创建新的模型，并选择要采用的应用模块。
例如，磁热耦合模块可以用来模拟磁场、热场和结构场的耦合。
根据需要，添加所需的物理场、边界条件和初始条件。
第二步：设置材料属性在建立模型的过程中，我们需要为每种材料定义相应的材料属性。
这些属性将决定材料在磁场、热场和结构场中的响应。
例如，在磁热耦合模块中，我们需要设置热导率、电导率、磁导率等属性。
第三步：定义边界条件在模型的边界上定义适当的边界条件，以控制模型的行为。
例如，在一个热场模拟中，我们需要定义固定温度或热通量边界条件。
第四步：求解模型完成模型的创建和设置之后，我们需要通过求解模型来获得所需的结果。
COMSOL Multiphysics软件提供了不同的求解方法，包括有限元方法、有限体积方法等。
根据模型的特点，选择合适的求解方法，并进行求解。
第五步：分析结果对计算结果进行分析和可视化是磁热结构耦合场仿真的重要部分。
COMSOL Multiphysics软件提供了丰富的后处理工具，可以对结果进行分析和可视化。
例如，可以通过标量场、矢量场、剖面图等方式对分析结果进行可视化。
综上所述，这是一个基本的磁热结构耦合场仿真教程，在使用COMSOL Multiphysics软件进行建模、求解和结果分析时需要注意参数的设定和求解方法的选择。
ansysworkbench结构热耦合教材
标题：深度解析ANSYS Workbench 结构热耦合教材在工程领域，ANSYS Workbench 结构热耦合是一个非常重要而复杂的主题。
它涉及到结构分析和热传导的耦合问题，在工程实践中有着广泛的应用。
本文将对ANSYS Workbench 结构热耦合教材进行全面评估，并共享个人观点和理解。
1. 教材概述ANSYS Workbench 结构热耦合教材是针对结构分析和热传导耦合问题而编写的教材，它包含了理论知识与实际应用相结合的内容。
教材以简洁清晰的语言，系统地介绍了ANSYS Workbench 中结构热耦合分析的基本原理、方法和操作步骤，并通过大量的例题进行了详细演示与讲解。
2. 主题深度探讨在教材中，对结构热耦合分析的基本原理和数学模型进行了深入讲解。
通过对热传导方程和结构强度理论的介绍，使学习者能够了解结构受热载荷作用下的变形和应力分布规律。
教材还涵盖了ANSYS Workbench 中热-结构耦合分析的建模和网格划分技术，使学习者能够掌握仿真分析的关键技术。
3. 教材回顾与总结ANSYS Workbench 结构热耦合教材通过丰富的案例分析和实例演示，帮助学习者深入理解了结构热耦合分析的实际应用。
从简单的热传导问题到复杂的结构热耦合分析，教材覆盖了多个领域和行业的案例，为学习者提供了丰富的学习资源。
通过总结与回顾，学习者可以全面、深刻地领会结构热耦合分析的理论与实践。
4. 个人观点与理解在学习和掌握ANSYS Workbench 结构热耦合教材的过程中，我对结构热耦合分析有了更深入的理解。
通过教材的系统学习，我认识到在工程实践中，结构热耦合分析能够为工程设计和优化提供重要依据，尤其在高温场、冷却系统、电子器件等领域有着广泛的应用。
我也意识到结构热耦合分析需要综合考虑材料性能、热载荷和结构强度等多个因素，需要综合运用结构分析、热传导分析与ANSYS仿真技术，具有一定的复杂性和挑战性。
总结而言，ANSYS Workbench 结构热耦合教材涵盖了结构热耦合分析的基本理论与实际应用，是学习者系统学习结构热耦合分析的重要参考资料。
高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析
科学技术创新2021.12部位 Bear1 Bear2 Bear3 Bear4 Bear5 Fr （N ）12955 9122 8475 5478 0 Fa （N ）38043804表1各轴承受力大小近年来，我国高速铁路发展迅速，运营里程达世界之最。
齿轮箱是高速列车的关键部件，其可靠性将直接影响到列车的运行安全性[1-2]。
高铁齿轮箱体设计要求：（1）承担动力传递过程中作用在箱体上的载荷，要有较高的强度；（2）工作过程中箱体变形小、刚度大，并能实现齿轮与轴承的润滑要求。
箱体的结构特点：在箱体顶部、侧面及两端之外的表面均设有加强筋板，提高齿轮箱体垂向和侧向的刚度;在轴承座处同样设置了多条筋板，提高轴承座的刚度[3-4]。
高铁齿轮箱工作于高速重载环境中，负载、温度对箱体应力、变形影响复杂，现有文献很少从热-结构耦合角度对高铁齿轮箱进行研究。
本文运用Ansys 软件对箱体进行热-结构耦合分析，研究高速列车运行过程中箱体的应力应变情况，确定其薄弱环节，为箱体结构改进和优化提供支持。
1建立高速列车齿轮箱有限元分析模型在Solidworks 中对模型简化处理，去除圆角、倒角、锐角等非重要结构，导入Ansys 用meshing 模块进行四面体非结构化网格划分，网格扭曲度小于0.73。
考虑风速对温度场的影响，在Ansys 中用包围命令得到图1所示外部风场流域和内部油气混合物流域，网格模型见图2。
热分析时，结合传动零件热量传递路径情况，将齿轮啮合接触部分、轴承内外圈与滚动体接触部分切出2mm 的薄片用于摩擦功率的加载，如图3、图4所示。
2高速列车齿轮箱产热计算2.1轴承受力分析工况：正转，350km/h,输出转速2185r/min ，输出轴扭矩2841N ·m 稳态油温100℃，风速5m/s 。
齿轮箱体基本参数：从动轮直径d 1为543.80mm ，螺旋角β为20°，各轴承的分布如图5所示。
图5齿轮箱箱体轴承的分布圆周力：F t =2000Td1高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析何锐（北方工业大学机械工程学院，北京100043）摘要：齿轮箱是高速列车运行的重要部分，对某型号齿轮箱，应用Ansys 建立有限元仿真模型，对其进行热-结构耦合分析。
液压轮胎硫化机热结构耦合分析
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边 界条 件如 下 ：
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析 ， 根据 分析结 果对结 构进 行 了相 应改进 ， 并 降低
了生 产成 本 ； 建 良等ｌ 采 用 ！ Ａ 陈 ２ － ＤＥ Ｓ软件 将 轮
胎定 型硫 化机分 为 上 横梁 和底 座 相关 的两部 分 ，
分别进 行有 限元 分 析 ， 明 了硫 化 机设 计 的 安全 证 性要 求 ； 冬梅 等［ 对 电 动螺 旋 轮胎 定 型 硫 化机 焦 ３ ］ 的上 横梁进 行 了有 限元分 析 ， 对 上横 梁 结 构肯 在
费大量 建模 时 问 ， 而且 影响 网格划 分 的质量 ， 进而 增 大计算 过 程 的收 敛 难 度 ， 响计 算 结 果 的 正确 影
性 。另 外 ， 考虑 到并列 机架 实体模 型 的相似性 ， 本
研 究 只构建 一个机 架 的实体 模型 ， 图 ２所示 。 如
ｒ 一 是 ） （ ） 瓦一 ａ 瓦 （筹 一 是 一 Ｔ
（ Ｉ ｚ ｙ ｆ ｄ ｄ ｛ ｄ ｙ ｄ Ｑｄ ｔ 、 ｄｄ ｙｚｘ ｛ ｘｄ ） ｔ Ｖｄ ： ｃ ｄ Ｔ＋ ｆ ｘ ｚ ｙ＋ ｆ ｐ Ｖｄ ｄｄ ｄ 一曲ｄ ｄ ４ ｚ ｘ－ －
如
１ １ １ 三维传 热数 学模 型 ．．
硫化 机在稳 定 运 行 时 ， 能通 过 上下 热 板 以 热
定 的基 础上 提 出了相应 的改进 措施 。 上述 分析都 没 有 考虑 温 度 的影 响 ， 了得 到 为 硫化 机在 真实环 境 中的工况 ， 本研 究对热 、 结构共 同作 用情 况下硫 化 机 的 应力 、 移 和位 置 精 度进 位
行研 究 。
图 １ 分 析 流 程
稀土电解机器人热结构耦合分析
科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年 第02期DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.02.018稀土电解机器人热结构耦合分析＊蔡玉强1，陈松云1，徐超然2（1.华北理工大学机械工程学院，河北 唐山 063210；2.浙江青科质谱仪器创新有限公司，浙江 杭州 310000）摘 要：稀土电解机器人是一种在高温、粉尘、强腐蚀的工作环境下，可以实现电解槽的坩埚提取和倾倒铸模工序的自动化设备。
由于该机器人需要长时间在高温环境中工作，自身温度会在高温环境的影响下发生变化，而由温度变化引起的热变形会导致机器人连杆尺寸的变化，这种变化会影响机器人的运动精度，甚至有可能导致运动副膨胀卡死，使机器人不能正常工作。
因此，对稀土电解机器人进行了热分析，首先根据传热学知识对稀土电解车间中的热源进行分析；然后基于ANSYS Workbench 软件和APDL 语言，对等待位状态下的稀土电解机器人进行稳态热分析，研究机器人各部位的温度分布，确保机器人各部件自身温度没有超过设计时的工作温度。
关键词：稀土电解机器人；高温环境；有限元；热变形中图分类号：TF35 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0066-03——————————————————————————＊［基金项目］河北省高层次人才资助项目（编号：A201400214）根据《中国制造2035》的要求，当前是中国智能装备发展的关键时期，加快稀土电解行业的装备升级势在必行。
稀土电解机器人的研究难点在于如何保证机器人在高温环境下能够正常运行，并能够完成预期的动作，因此，对机器人行走机构的热变形研究十分有必要。
目前，计算机仿真技术已经发展得非常成熟，在工程分析中，有限元方法有着举足轻重的作用，现有的有限元分析以ANSYS 为主流，能够实现不同领域的工程分析。
目前，ANSYS 热分析在中国的运用越来越广，同时国内外对于机器人热误差方面的研究也获得了迅速的发展。
19-热-结构耦合分析
4.工程实例：泵壳的热应力计算
泵壳的外表面的热边界为对流换热 条件，环境文件为22度，对流换热 系数系数为50. 结构分析的边界条件为完全固定约 束螺栓通孔。泵壳的材料为结构钢 。
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
稳态热应力，第一步首先进行稳态热分析，获取结构的温 度场，然后将温度导入到结构分析中，将温度场做为结构计算 的体载荷来计算稳态热应力。
3.瞬态热应力
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
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由约束产生 热应力
在 ANSYS 中求解热-应力问题主要使用间接法 ：即首先进行结构的温度场分析，获取结构的 温度，然后将温度作为体载荷施加到结构计算 中，计算热应力。
由不同材料 产生热应力
1.热应力分析的基本理论
• 间接法的分析顺序
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
1. 先作稳态（或瞬态）热分析。
• 导入模型。 • 施加热荷载。 • 求解并检查结果。 2. 然后作静力结构分析。 • 导入温度场 • 定义结构边界条件和载荷。
热分析
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温度
结构分析
• 求解并检查结果。
jobname.rst
2.稳态热应力
热-结构耦合分析
1.热应力分析的基本理论
• • • • 热应力产生 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 — 如位移约束或相反的 压力 — 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）。
热结构耦合分析的例子
这是两个同心圆，我画的不是很圆，请大家见谅。
外圆外边温度70o 内圆内边温度200 求圆筒的温度分布，径向盈利，主环向应力/batch,list/show/title,thermal stress in concentic cylinders-indirect method/prep7et,1,plane77,,,1mp,kxx,1,2.2mp,kxx,2,10.8rectng,0.1875,0.4,0.05rectng,0.4,0.6,0,0.05aglue,allnumcmp,areaasel,s,area,,1aatt,1,1,1asel,s,area,,2aatt,2,1,1asel,allesize,0.05amseh,allesize,0.05amesh,allnsel,s,loc,x,0.1875d,all,temp,200nsel,s,loc,x,0.6d,all,temp,70nsel,allfinish/solusolvefinish/post1path,radial,2 !设置路径名和定义路径的点数ppath,l,,,0.1875 ！通过坐标来定义路径ppath,2,,0.6pdef,temp,temp ！温度映射到路径上T0paget,path,points,radial ！用数组的形式保存路径plpath,tempfinish/prep7et,1,82,,,1mp,ex,1,30e6mp,alpx,1,0.65e-5mp,nuxy,1,0.3mp,ex,2,10.6e6mp,aplx,2,1.35e-5mp,nuxy,2,0.33nsel,s,loc,y,0.05cp,1,uy,allnsel,s,loc,x,0.1875cp,2,ux,allnsel,s,loc,y,0d,all,uy,0nsel,allfinish/solutref,70ldread,temp,,,,,,rthsolvefinish/post1paput,path,points,radialpmap,,mat ！设置路径映射来处理材料的不连续pdef,sx,s,x ！映射径向应力pdef,sz,s,z ！映射环向应力plpath,sx,sz ！显示应力结果plpagm,sx,,node ！在几何模型上显示径向应力finish这儿是一个在热结构耦合分析的例子，大家有兴趣可以看看，我想同时问一下，cp 这个命令是什么意思啊。
磁热结构耦合场仿真教程
磁热结构耦合场仿真教程
磁热结构耦合场仿真是一种重要的工程仿真技术，它可以帮助工程师们更好地理解和优化磁热结构的性能。
本文将为大家介绍磁热结构耦合场仿真的基本原理和步骤。
我们需要了解磁热结构的基本概念。
磁热结构是指由磁性材料和热传导材料组成的复合材料结构，它们之间存在着磁场和热场的相互作用。
在磁热结构中，磁场和热场的分布状态会相互影响，因此需要进行耦合场仿真来分析和优化其性能。
接下来，我们需要选择合适的仿真软件进行仿真。
常用的磁热结构耦合场仿真软件有ANSYS、COMSOL等。
这些软件可以模拟磁场、热场和机械场的相互作用，从而得到磁热结构的电磁、热学和力学性能。
在进行仿真前，我们需要建立磁热结构的几何模型。
这个模型可以通过CAD软件进行建模，也可以通过3D扫描仪进行扫描得到。
建立好几何模型后，我们需要对其进行网格划分，以便进行数值计算。
接下来，我们需要定义磁场、热场和机械场的边界条件和材料参数。
这些参数包括磁导率、热导率、比热容、密度等。
在定义好这些参数后，我们可以进行仿真计算，得到磁热结构的电磁、热学和力学性能。
我们需要对仿真结果进行分析和优化。
通过分析仿真结果，我们可
以了解磁热结构的性能瓶颈和优化方向，从而进行优化设计。
优化设计的目标是使磁热结构的性能达到最优化，从而满足工程需求。
磁热结构耦合场仿真是一种重要的工程仿真技术，它可以帮助工程师们更好地理解和优化磁热结构的性能。
通过选择合适的仿真软件、建立准确的几何模型、定义合适的边界条件和材料参数，以及进行仿真分析和优化设计，我们可以得到高质量的磁热结构设计方案。
dyna 热结构耦合
dyna 热结构耦合Dyna热结构耦合引言：Dyna是一种常用的动力学分析软件，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域中的结构热耦合分析。
本文将介绍Dyna热结构耦合的基本原理、应用领域以及分析方法。
一、基本原理热结构耦合分析是指在结构分析的基础上，加入热传导方程，考虑热载荷对结构的影响。
Dyna通过求解结构的动力学方程和热传导方程来实现热结构耦合分析。
在求解过程中，Dyna采用有限元法进行离散，将结构和热传导方程分别离散为节点和单元，并通过求解节点温度和结构响应来得到热力耦合分析结果。
二、应用领域Dyna热结构耦合分析广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
在航空航天领域，热结构耦合分析可用于预测航天器进入大气层时的热响应，以及航天器在高温环境下的结构稳定性。
在汽车领域，热结构耦合分析可用于评估发动机和排气系统的热响应，优化散热系统设计。
在船舶领域，热结构耦合分析可用于评估船舶的防火性能，提高船舶的安全性。
三、分析方法Dyna热结构耦合分析的主要步骤包括：前处理、求解和后处理。
在前处理阶段，需要建立结构模型和热传导模型，并定义边界条件和加载条件。
在求解阶段，Dyna将结构的动力学方程和热传导方程转化为矩阵方程，并通过迭代求解得到节点温度和结构响应。
在后处理阶段，可以通过可视化工具对结果进行展示和分析，以得到结构的温度分布和应力应变分布等信息。
四、案例分析以航天器进入大气层时的热响应为例，介绍Dyna热结构耦合分析的具体过程。
首先，需要建立航天器的结构模型和热传导模型，并定义边界条件和加载条件。
然后，通过Dyna求解结构的动力学方程和热传导方程，得到节点温度和结构响应。
最后，通过后处理工具对结果进行可视化分析，得到航天器在不同时间段的温度分布和应力应变分布，以评估其在大气层进入过程中的热响应。
结论：Dyna热结构耦合分析是一种在结构分析基础上考虑热载荷的分析方法，通过求解结构的动力学方程和热传导方程，得到结构的温度分布和应力应变分布等信息。
航空航天中的热结构耦合分析研究
航空航天中的热结构耦合分析研究航空航天是一项高科技产业，它涉及到的领域非常广泛，包括热力学、强度学、气动力学等等。
其中，热力学是一个非常重要的领域，因为在航空航天系统中，温度的变化对机体的性能、结构和材料产生的影响很大，需要进行热结构耦合分析，以保证机体的安全和稳定运行。
什么是热结构耦合在机体工作过程中，机体的温度和材料的热性质都是发生变化的，这就会对机体材料和结构的性能产生影响。
热结构耦合就是研究机体温度变化和材料性质变化对机体结构性能产生的影响的科学方法。
具体来说，热结构耦合需要考虑机体的热特性、机体的机械结构和机体的环境条件等因素。
热结构耦合的应用热结构耦合技术的应用非常广泛，特别是在航空航天工程中。
首先，热结构耦合技术可以用于模拟机体内部的热传输情况，以便更好地理解机体的热特性。
其次，热结构耦合技术可以用来预测机体在不同环境条件下的变形和应力，以帮助工程师更好地设计机体的材料和结构。
最后，热结构耦合技术可以用来模拟机体在极端情况下的应力、变形和破坏情况，以评估机体的安全性和性能。
热结构耦合的实现为了实现热结构耦合分析，需要建立一定的数学模型，在此基础上进行计算分析。
这个数学模型包括了热传输模型和机械结构模型。
热传输模型用于计算机体内部热量的传递和分布，机械结构模型用于计算机体的变形和应力。
这两个模型联合起来，就可以得到机体在不同工作条件下的热、力、变形等综合性能。
在实际应用中，热结构耦合分析可以采用各种计算方法，比如有限元法、有限差分法、边界元法等。
每种方法都有自己的优缺点和适用范围，需要根据具体情况来选择使用的方法。
热结构耦合在航空航天中的应用举例热结构耦合技术在航空航天领域的应用非常广泛。
下面举一个在卫星设计中的应用例子。
在卫星设计中，卫星的热控制是一个非常重要的工作。
卫星在不同轨道上运行时会受到来自空间环境的不同辐射热传输和传热，因此需要通过热控制系统来维持整个卫星内部环境的稳定。
热-结构耦合(单元转换)
ANSYS热－结构耦合分析实例在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大。
很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力。
ANSYS提供了很方便的热分析－结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能。
(1) 首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad 4 node 55 号热分析单元(2) 进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props->Material Models，添加热传导速率参数Thermal->Conductivity->Isotropic，设定热传导速率为0.07。
添加力学属性Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2。
添加热膨胀系数Structural->ThermalExpansion->Secant Coefficient->Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。
(1) 开始建立模型。
还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型。
首先建立关键点。
在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，输入以下关键点信息(2) 下面开始建立弧线。
在ANSYS主菜单Preprocessor-> Modeling-> Create-> Lines-> Arcs-> By End KPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧。
建筑结构热力耦合分析方法研究
拟与结构有限元分析模型的耦合 ， 突 破 了基 于 标 准 升 温 曲 线 进 行 结 构 热 力 耦合 分 析 的局 限性 ， 实 现 了 结构 不 均 匀热 膨胀 产 生 内应 力 的分 析 、 解 决
了Ｆ ＤＳ与 ＡＢ ＡＱＵＳ耦合 困 难等 问题 。
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建 筑 结 构热 力耦 合 分 析方 法 研 究
上 海海 事 大 学 的研 究人 员 开展 了真 实 火灾 温 度 场 作 用下 的 钢 结构 建 筑热 响 应 分析 。 提 出 了基
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（ ４ ） 灭 火 救 援 设 施 部 分 内容 有 待细 化 。如 地 下 室消 防 电梯 规 定 ； 直 升机 停机 坪 或 直 升机 救 助 设 施 具体 规 定 等 。
温 度分 布计 算 、 结 构构 件 热一力响 应分 析 方法 。通 过建立 Ｆ ＤＳ与 ＡＢ ＡＱＵＳ耦 合 方 法 ， 实现 火 灾模
聚变堆第一壁热结构耦合力学行为与热疲劳性能数值模拟
聚变堆第一壁热/结构耦合力学行为与热疲劳性能数值模拟经过多年的探索与发展,磁约束核聚变研究已开始进入实验堆建造与实验阶段。
其中,聚变堆第一壁作为直接面向等离子体的关键部件,其抗热冲击性能及疲劳寿命一直倍受关注。
从已有研究进展来看,面向第一壁工程应用研究开展较多,而对其抗冲击与疲劳的材料／结构力学机制研究较少。
由于第一壁不仅要承受反应堆脉冲运行的周期性载荷,还可能在等离子破裂时承受极端瞬态热、磁等载荷,其材料／结构力学响应呈复杂耦合状态,这种多因素多效应耦合的疲劳、冲击损伤机制及耦合效应亟待深入研究,为发展第一壁抗疲劳与冲击性能的工艺及技术奠定基础。
因此,本研究从结构力学基础出发,建立了热／结构完全耦合的热传导方程和弹塑性本构关系,并综合考虑了材料融化,凝固,汽化等多种热物理效应,形成了较完备的第一壁热／结构耦合力学分析方法,对第一壁热／结构耦合力学行为与热疲劳性能开展了初步研究,主要研究进展如下：1)对比分析了采用相同结构参数不同面向等离子体材料(铍和钨铜梯度材料)的第一壁模型在等离子体破裂冲击下的热／结构耦合力学行为,发现冲击能流主要沉积在表层材料上,材料热物理属性差异将导致复杂的应力响应,结果显示表层采用高比热铍材料的第一壁可较大程度缓解冲击对内部材料的损害,但代价是整层发生大面积热塑性损伤；相同条件下,表层采用低比热铜钨梯度材料的第一壁对内部冲击缓解差,但总的塑性损伤区域有限,具有更优异的抗热冲击潜力。
2)从热／结构耦合力学分析出发,对面向等离子体层采用钨铜梯度材料的第一壁结构进行参数优化。
综合对比连续梯度材料和分层梯度材料在稳态和瞬态热加载下应力分布差异,发现连续梯度材料表现更优异性能,且分布指数p在1.2附近时,具有最优值。
3)采用Manson-Coffin方程,对采用钨铜梯度材料的第一壁模型开展热疲劳性能研究。
结果发现采用不同p值的钨铜梯度材料的疲劳寿命存在差异,最优p值材料的第一壁模型疲劳寿命最高。
热结构耦合分析与优化设计
热结构耦合分析与优化设计在工程设计领域中，热结构耦合分析与优化设计是一个十分重要的研究方向。
这个领域的核心思想是通过将热学和结构动力学两种物理现象进行结合，来模拟和优化对于温度和应力等因素的响应。
这样的方法不仅可以优化设计和改进材料性能，还可以降低设备故障和提高安全性。
热结构耦合分析是指将两个或多个物理耦合在一起以模拟物理现象的过程。
它是对系统整体进行全面考虑的一种方法，可以有效地模拟材料的热学特性，以及在受压缩、拉伸和挤压等机械破坏的情况下的变形和破坏。
通过这种方法，工程师可以更精确地预测材料的热性能和结构特性，并确定最佳材料类型和设计方案。
在优化设计过程中，热结构耦合分析的作用也非常举足轻重。
针对不同材料和应用环境，热结构耦合分析可以根据预期的性能指标进行优化设计。
给定约束和目标后，这种方法可以自动产生不同的方案供工程师选择。
优化设计过程的结果是，工程师可以获得更多的关于分析结果的数据和更准确的设计结果，从而支持决策的制定。
此外，热结构耦合分析在安全性、可靠性和成本方面的影响也可以通过优化设计来最小化。
在实践中，热结构耦合分析技术已经被广泛应用于各个行业，例如航空航天、汽车、海洋工程、建筑和国防等领域。
这种方法的应用可以帮助工程师解决一系列复杂的技术问题，例如热应力分析、气动热力学分析、噪声和振动控制、复合材料结构设计等。
热结构耦合分析与优化设计也是材料科学中重要的研究方向之一。
对于工程师来说，材料的热性能和结构特性是设计材料和材料应用的关键因素。
热结构耦合分析可以对材料进行深入的研究和测试，并通过优化设计来提高材料的性能。
这种方法的应用可以在实验室中对材料进行更全面和系统的测试，并减少实验成本和开发时间。
总的来说，热结构耦合分析与优化设计是工程设计中不可或缺的一部分。
它为工程师提供了一种更精确和全面的设计工具，可以在材料性能、设备可靠性、能源效率和经济效益等方面帮助工程师提高设计水平。
尽管这种方法需要依靠高度的计算和模拟能力，但是由于计算机技术的快速发展，越来越多的公司和研究机构开始关注和考虑热结构耦合分析与优化设计的应用。
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。
热结构耦合分析
–
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Байду номын сангаас
November 3, 2003 Inventory #001968 13-10
第13章 –耦合场分析
练习
• 请参考练习附录：
W13a. 带散热片的轴对称管（顺序耦合场） W13b. 带散热片的轴对称管 (直接耦合场)
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November 3, 2003 Inventory #001968 13-11
第 13 章
耦合场分析
第13章 –耦合场分析
概述
• • 本章简单讨论如何进行热-应力分析。 有两重目的：
– – 如何在应力分析中施加热荷载。 介绍耦合场分析。
Training Manual
November 3, 2003 Inventory #001968 13-2
Part 1 1 - Part INTRODUCTION TO TO ANSYS ANSYS 8.0 8.0 INTRODUCTION
November 3, 2003 Inventory #001968 13-7
第13章 –耦合场分析
…顺序耦合方法
d) 施加结构荷载，而把温度作为荷载的一部分。 • Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > From Therm Analy • 或用 LDREAD 命令。 e) 求解。 f) 观察应力结果。
1. 先作稳态（或瞬态）热分析。
• 建立热单元模型。 • 施加热荷载。 • 求解并检查结果。 2. 然后作静力结构分析。 • 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特性。 • 施加包括从热分析得到的温度在内的结构荷载。 • 求解并检查结果。
盘式制动器摩擦片热-结构耦合分析
ｊ ｉ ｅｓｙｄ ｔｂ ｔｎｏ ｅ ｃｏ ｍ ｅ ｕ ，ｒ ｅ ｒ ｓｒ，ｉ ｉ ｈ ｈｔ ｉ ａ ｇｔ ｒ ｕｉ ｛ ｎ ｎｉ ｉｒ ｕ ｏ ｔ ｔｎｔ ｐ ｒ ｒ ｂａ ｅ ｕ ｆ ｃｏ ｗ ｉ ｎ ｐｒ ｔ ｅ ｅ ｄｒ ｇ ｔ ｔ ｓ ｉ ｉ ｆ ｈ ｆ ｉ ｅ ａ ｅ ｋ ｐ ｓ ｅ ｒ ｔｎ ｃ ａ ｇ ｔｏ ｈ ｎ ｉ ｔ ｋ
ＲＯＮＧ ｎ ＣＨ ＡＯ ｉ ｉ ｎ Ｂｉ ｇ， Ｋａ—ｎ ａ
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主 要 计 算 紧 急 制动 工 况 下 的盘 式 制 动 器 的摩 擦 片 瞬态 温 度 场 及 应力 场 的分 布 情 况 。工 况 为 制 动初 始 车 速 ｌ０ ｍｈ 制 动 压 Ｏ ｋ ／，
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１盘式制 动器 摩擦 片热一结 构耦 合模 ２１载 荷 步 的设 定 ． 型 的建 立 从制动的全过程看 ， 包括驾驶员做出行动反应 、 动器起作 制
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中图分类 号 ：Ｈ１ ， Ｍ３ ５ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ １ Ａ
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机械结构的热耦合分析与设计优化
机械结构的热耦合分析与设计优化引言随着科技的发展和工业生产的进步，机械结构的热耦合分析与设计优化变得越来越重要。
在材料的热膨胀、热传导以及高温环境下的物体变形等方面，热耦合问题对于机械结构的可靠性和性能具有关键影响。
本文将从热耦合分析的基本原理开始，讨论机械结构的热耦合效应对设计优化的影响。
热耦合分析的基本原理热耦合分析是指在机械结构中，考虑热加载（如热膨胀、热传导等）对力学行为的影响。
在传统的力学分析中，通常假设温度是均匀分布和不变的。
然而，在实际应用中，机械结构在工作过程中会受到热源的加热、冷却等影响，导致温度分布不均匀。
这使得机械结构在热耦合效应下产生内部应力和形变。
影响因素分析热耦合效应对机械结构的影响主要包括以下几个方面：1. 热膨胀引起的变形：当机械结构的温度发生变化时，材料会发生热膨胀或收缩，从而导致结构的尺寸变化。
这种尺寸变化会引起应力集中和变形，从而影响结构的可靠性和精度。
2. 热传导引起的温度场分布：在高温环境下，机械结构会通过热传导导致温度分布不均匀。
温度场的分布不仅与结构的尺寸和形状有关，还与材料的热导率和边界条件等因素密切相关。
温度场的不均匀分布会导致结构产生应力和形变，从而影响结构的稳定性和性能。
3. 热辐射引起的能量传递：在高温环境下，机械结构与周围环境之间会通过热辐射进行能量传递。
热辐射会导致结构的温度升高或降低，从而影响结构的性能和可靠性。
合理设计材料的发射率和吸收率等参数，可以有效地控制热辐射对结构的影响。
设计优化方法为了充分考虑热耦合效应并优化机械结构的设计，可以采取以下几个方法：1. 材料选择与优化：不同材料的热膨胀系数和热导率等性能差异较大。
在设计过程中，可以根据结构的工作条件选择适当的材料，并通过材料的配比和复合设计等方式进行优化，以减小热膨胀和热传导引起的结构变形和应力集中。
2. 结构尺寸与形状优化：考虑到热耦合效应对结构的影响，可通过优化结构的尺寸和形状来减小变形和应力集中。
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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。
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 Generat3．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, Reaction Solu21.3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。