ansys教程22 热-应力耦合分析实例
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 应力分析ppt课件
实体单元
网格划分
FEA 模型
Ansys 应力分析
应力分析 - 前处理
...网格划分
• 网格划分的三个步骤:
• 定义单元属性 • 指定网格控制 • 生成网格
• 单元属性 是网格划分前必须建立的有限单元模型
属性。它们包括:
• 单元类型 • 实常数 • 材料性质
Ansys 应力分析
应力分析 - 前处理
应力分析 - 前处理
B. 几何模型
• 典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的 。
• 体 由面围成，用来描述实体物体。 • 面 由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。 • 线 由关键点组成，用来描述物体的边。 • 关键点 是三维空间的位置， 用来描述物体的顶点。
体
面
线和关键点
Ansys 应力分析
• 在弹出的对话框中，选择 No defeaturing * (缺省值) ，按下 OK (默
认其他选项)。 • 在第二个对话框中选择想要的文件并
点击OK.
• 或使用 IGESIN 命令:
• /aux15 • ioptn,iges,nodefeat • igesin, • finish
* 关于 No Defeaturing 及 Defeaturing 方法及其他选项将在后面论述
• 求解
• 施加载荷 • 求解
• 后处理
• 结果评价 • 检查结果的正确性
Ansys 应力分析
前处理 求解 后处理
应力分析
...应力分析步骤
• 注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、 后处理来组织的
Ansys 应力分析
应力分析
...应力分析步骤
• 前处理器 (在ANSYS中称为 PREP7) 提供了对程序 的主要输入
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。
ansys磁热耦合实例
ANSYS磁热耦合实例简介磁热耦合是一种将磁场和热场相互作用考虑在内的仿真方法。
ANSYS是一款广泛应用于工程领域的仿真软件，提供了强大的磁场和热场仿真功能。
本文将通过一个实例来介绍如何在ANSYS中进行磁热耦合仿真。
实例背景假设我们需要设计一个电机，其中的线圈将在工作过程中产生磁场，并在电流通过时发热。
为了确保电机的正常运行，我们需要对磁场和热场进行耦合仿真，以评估线圈的性能和温度分布。
步骤一：建立几何模型首先，在ANSYS中建立电机的几何模型。
可以使用ANSYS提供的几何建模工具，或者导入其他CAD软件生成的几何模型。
步骤二：设置材料属性根据电机的实际情况，设置线圈和其他部件的材料属性。
材料属性包括磁导率、热导率、比热容等。
步骤三：设置边界条件根据电机的工作条件，设置边界条件。
例如，设置线圈的电流密度和温度，设置外部磁场的大小和方向。
步骤四：设置求解器选择合适的求解器来求解磁场和热场方程。
ANSYS提供了多种求解器，可以根据实际情况选择。
步骤五：进行仿真计算使用ANSYS的仿真计算功能，对磁场和热场进行耦合仿真计算。
根据设置的边界条件和材料属性，求解磁场和热场的分布情况。
步骤六：分析结果根据仿真计算得到的结果，分析线圈的磁场分布和温度分布。
评估线圈的性能和温度是否满足设计要求。
实例详解建立几何模型在ANSYS中，我们可以使用几何建模工具来创建电机的几何模型。
可以绘制线圈、转子、定子等部件，并设置其尺寸和形状。
设置材料属性在ANSYS中，可以为线圈和其他部件设置材料属性。
通过设置磁导率、热导率、比热容等参数，来描述材料的磁性和热性能。
设置边界条件在ANSYS中，可以设置线圈的电流密度和温度，以及外部磁场的大小和方向。
这些边界条件将影响磁场和热场的分布情况。
设置求解器在ANSYS中，可以选择适合的求解器来求解磁场和热场方程。
根据问题的复杂程度和求解速度的要求，选择合适的求解器。
进行仿真计算使用ANSYS的仿真计算功能，对磁场和热场进行耦合仿真计算。
ANSYS热应力分析经典例题
ANSYS热应力分析例题实例1——圆简内部热应力分折：有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。
该问题属于轴对称问题。
由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。
沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图1 3—2所示的矩形截面作为几何模型。
在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。
间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。
/filname,exercise1-jianjie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane55Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp $Finish/prep7 $Etchg,ttsKeyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allAllsel $Finish/solu $Antype,staticD,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rthAllsel $Solve $Finish/post1/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish/filname,exercise1-zhijie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane13Keyopt,1,1,4 $Keyopt,1,3,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28MP,KXX,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allALLSEL $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish318页实例2——冷却栅管的热应力分析图中为一冷却栅管的轴对称结构示意图，其中管内为热流体，温度为200℃，压力为10Mp,对流系数为11 0W／(m2•℃)；管外为空气，温度为25℃，对流系数为30w／(mz．℃)。
基于ANSYS的发动机气门热一应力耦合分析
ｌ
一
ｉ ｌ ｉ
…
…
｛
ｌ 、 一
图 ２有限元 网格 划分图
｝ 斗 ～ ＋ ～ ｝ ÷ … ｝ 卜卜 卜 卜 Ｈ～ ｝
１ ＿ ３载荷与边界 条件 的施加 ｆ １ 忾 门材料参数 的选择 。 本 文以工作条件 比较恶劣 的排 气 门（ 盘部 有 凹槽 ） 为研究 对象 ， 根 据对气 门材料 的分析 ， 取气 门材料 为 ２ １ － ４ Ｎ钢 ， 图 ５气 门盘部表 面沿径向应 力分布 图 该气门材料的性能参数为 ： 密度 ７ ８ ３ ３ ｋ ｓ ， 弹性模量 ２ １ ０ Ｇ Ｐ ａ ， 比热 图５ 为气 门盘部沿 径向应力分布 图 ， ｘ轴为径 向方 向， Ｙ轴 为等效 ４ ４ ８ Ｊ ／ （ ｋ ｇ ・ Ｋ ） ， 热传 导系数 ２ ５ ． ９ ６ ， 泊松 比 ０ ． ３ 。 应力 。由图可知 ： 在 凹槽边缘 部分应力 变化非 常明显 ； 在接 近气 门盘部 ｆ ２ １ 边界条 件的选择 。 本文对气 门的 １ ， ４ 进行分析 ， 需要对 其施 加对 边缘 的位置 ， 应力 发生 了一 次明显 的突变 ， 这是 因为在该位 置受 到落座 称 约束 。 假设气 门盘部在落座 时处于理想 的弹 胜状态 ， 气 门落 座时受到 力 的作用 ； 在气 门盘部边缘位 置 ， 应 力达到最小 。 气 门座圈对 它的作用 ，所 以要 对气 门和气 门座 圈之间施 加 Ｙ方 向 （ 轴 向） 的约 束 ， 在气 门锁夹 槽和 锁夹位 置 ， 因为气 门锁 夹是 将气 门弹 簧座 和气 门杆锁住 ，使气 门能够沿 Ｙ方 向上下运 动 ，所 以要 对接触 面施加 ｘ、 ｚ 方 向（ 径向） 的约束 。 对气 门进行 热一 应力耦 合分析 的 时候 ， 在热 分析 的过程 中 ， 需 要对 ｒ丁… ｆ Ⅲ … ｒ Ｔ … ｒｒ ～ ＿ ｒ 气 门施加温度 边界 条件 ， 由于气 门工 作时 ， 气 门各 个部 分 温度不 同 ， 所 眦 上 Ｉ … 上 ｌ … Ｌ ｝ … ～ ｝ … １ ｉ ｛ … ～ Ｌ ； ～ Ｌ』 ｝ ～ ＿ Ｌ ｉ ～ 以需要对 气门施加非线 性温度载荷 ， 如图 ３ 所 示。
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热分析实例教程
Temperature distribution in a CylinderWe wish to compute the temperature distribution in a long steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heatis lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F and the thermal conductivity for steel is 0.69 BTU/hr-in-F.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. Recognize symmetry of the problem, and a quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools. Preprocessor -> Modeling -> Create -> Areas -> Circle -> Partial annulusThe following geometry is created.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Thermal Solid -> Solid 8 node 77 -> OK -> Close5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area and refine using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the convection coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesTo account for symmetry, select the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperaturesThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 45. These results can be checked using results from heat transfer theory.BackThermal Stress of a Cylinder using Axisymmetric ElementsA steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches is 40 inches long and has spherical end caps. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heat is lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F. Calculate the stresses in the cylinder caused by the temperature distribution.The problem is solved in two steps. First, the geometry is created, the preference set to'thermal', and the heat transfer problem is modeled and solved. The results of the heat transfer analysis are saved in a file 'jobname.RTH' (Results THermal analysis) when you issue a save jobname.db command.Next the heat transfer boundary conditions and loads are removed from the mesh, the preference is changed to 'structural', the element type is changed from 'thermal' to 'structural', and the temperatures saved in 'jobname.RTH' are recalled and applied as loads.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. A quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Solid 8 node 77 -> OK ->Options -> K3 Axisymmetric -> OK5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesSelect the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperatureThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 43.12. File -> Save Jobname.db13. Preprocessor -> Loads -> Delete -> Delete All -> Delete All Opts.14. Preferences -> Structural will show, Thermal will NOT show.15. Preprocessor -> Element Type -> Switch Element Type -> OK (This changes the element to structural)16. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Displacements -> Nodes(Fix nodes on vertical and horizontal lines of symmetry from crossing the lines of symmetry.)17. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperature -> From Thermal AnalysisSelect Jobname.RTH (If it isn't present, look for the default 'file.RTH' in the root directory)18. Solution -> Solve Current LS19. General Postprocessor -> Plot Results -> Element Solution - von Mises StressThe von Mises stress is seen to be a maximum in the end cap on the interior of the cylinder and would govern a yield-based design decision.Back。
ANSYS热结构耦合命令流算例
＝＝＝＝＝【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_热分析报告(两个实例)有限元热分析报告上机指导书
第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进展稳态热分析的根本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进展热应力分析的根本过程。
2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进展瞬态热分析的根本过程。
容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管〔图a 〕的温度场分布与位移和应力分布。
一个轴对称的冷却栅结构管为热流体，管外流体为空气。
冷却栅材料为不锈钢，特性如下：W/m ℃×109 MPa×10-5/℃边界条件：〔1〕管：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃〔2〕管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。
其上下边界承受边界约束，管部承受均布压力。
练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1. 定义工作文件名与工作标题1) 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【ChangeJobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。
2) 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。
3) 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> WindowOptions ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。
基于ANSYS的发动机气门热—应力耦合分析
基于ANSYS的发动机气门热—应力耦合分析文章利用ANSYS软件的APDL命令流对气门进行建模，并对其进行热-应力耦合分析，研究气门在高温高压状态下的应力分布情况，结果表明：气门盘部和过渡圆弧位置应力最大，并以实际案例证明了分析结果的正确性，研究结果可为气门的结构优化和疲劳寿命分析提供理论依据。
标签：气门；ANSYS；热-应力耦合引言发动机工作的时候，在气缸体、气缸盖、活塞和气门等组成的密闭环境中，可燃性气体不断地进行燃烧，使这些零件都处于高温、高压的工作环境中，除此之外还受到燃气腐蚀的作用，工况条件十分恶劣，特别是在发动机进气和压缩行程中承担着换气功能的进气门和排气门。
气门在工作过程中，不仅受到高速频繁的落座冲击作用、气缸内部燃气燃烧产生的热应力和交变的拉压应力等作用，还受到高速燃气冲刷和高温气体腐蚀的作用，除此之外，由于气门材料导热系数较小以及冷却条件不好，所以积存在气门上的热量很难散发出去，从而使气门温度上升。
在密闭燃烧空间工作的零件中，气门的温度最高，一般情况下，进气门工作温度为200～450℃，排气门工作温度为600～800℃，有的甚至能达到850～900℃[1]。
通常，许多材料的很多性能都会因受到高温作用而发生变化，如机械性能下降，产生蠕变等等。
气门在工作过程中，除了受到上述的高温作用之外，还要承受气缸内燃气燃烧时产生的高压作用。
耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑两种或者两种以上工程学科的交叉作用和相互影响，常用的耦合场分析包括：热-应力耦合分析，热-电耦合分析，流体-结构耦合分析等[2]。
耦合场分析方法有两种：直接耦合分析法（是运用包括所有必须自由度的耦合单元类型，只通过一次求解就能够得到耦合场的分析结果，主要用于多个物理场的响应相互依赖的情况）和间接耦合分析法（按照一定的顺序求解两个或多个物理场的分析，它能把第一次场分析的结果作为载荷施加到下一次场的分析中）[2]。
在很多工程实践中，采用ANSYS进行分析时，热分析得到的结果对结构分析有着很大的影响，但结构分析的结果对热分析的影响却不理想，所以一般情况下采用间接耦合分析法来进行热-应力耦合分析。
ANSYS热应力分析实例
A N S Y S热应力分析实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。
2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。
7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>MaterialPorps>Material Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。
7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：编号 1 2 3 4 5 6 7 8X 5 6 12 12 6 6 5 5Y 0 0 0 0.25 0.25 1 1 0.252、组成三个面：选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Area>Arbitrary>Throuth Kps”，由1,2,5,8组成面1；由2,3,4,5组成面2；由8,5,6,7组成面3。
基于ansys的热结构耦合分析方法研究
基于ansys的热结构耦合分析方法研究摘要：ANSYS软件是一款比较著名的商业有限元分析软件，它是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析软件，它能与多数计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)软件接口，实现数据的共享和交换，是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，在机械工程、土木工程、水利水电、能源动力、石油化工、航空航天、汽车、日用家电等领域有着广泛应用。
针对水杯传热、滑块滑动、汽车制动片制动的过程，运用基于ansys的热结构耦合方法进行分析，包括直接耦合与间接耦合，对比分析不同方法的结果并进行总结，得到一套基于ansys的标准化热结构耦合分析方法，为产品的热结构耦合分析提供重要参考。
关键词：有限元；热结构耦合；标准化有限元分析的基本概念就是将复杂的物理对象进行离散化，再采用基于子域的试函数描述;通过对所有子域误差的加权集成处理来建立整体系统的分析方程，再充分利用计算机强大的数值处理能力，就可以对任意复杂的问题进行数值求解。
若一个好的软件平台还能够提供较好的专用命令语言，则用户可以进行各种操作的组合，从而减少许多重复性工作，并可以充分体会具有驾驭有限元分析过程的能力，从中理解有限元方法的内涵。
与所有有限元软件的分析过程相类似，ANSYS软件的标准分析过程包括:建立分析模型、施加边界条件与求解计算、结果分析3个步骤。
本文针对水杯传热、滑块滑动、汽车制动片制动的过程，运用基于ansys的热结构耦合方法进行分析，包括直接耦合与间接耦合，对比分析不同方法的结果并进行总结，得到一套基于ansys的标准化热结构耦合分析方法，为产品的热结构耦合分析提供重要参考。
1水杯的传热分析对水杯的传热过程进行分析，先对水杯进行稳态热分析，再对水杯进行结构分析，首先通过稳态热分析得到水杯在热载荷下的温度分布，然后将水杯稳态热分析的结果导入水杯的结构分析，得到水杯在热载荷作用下的温度分布。
ANSYS热应力分析实例解析
23
双击“Thermal Expansion、Secant Coefficient、Isotropic”。
24
输入热膨胀系数为15e-6，参考温度20。
25
施加载荷
1.施加温度载荷。 Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Temperature>From Therm Analy
3
重点学习内容
1.间接法热应力分析步骤。 2.掌握平面应变的解决方案。 3.掌握对称结构分析方案。 4. 掌握稳态温度场计算方法。
4
更改文件名
更改文件名：Utility Menu> File> Change Jobname
5
选择单元
选择55号单元
Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete
6
设置材料属性
1.给定材料的导热系数40W/(m·℃) 。
Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models
7
建立实体模型（国际单位制）
1. 创建矩形A1：x1,y1(0,0)、x2,y2(0.01,0.07) MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions 2. 创建矩形A2：x1,y1(0,0.05)、x2,y2(0.08,0.07) 3.显示面的编号 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering 4. 对面A1和A2进行overlap操作 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans> Overlap>Areas
第22章 热-应力耦合分析实例
第22章热－应力耦合分析实例温度的分布不均会导致部件内部产生热应力，在结构分析中常会遇到需要考虑温度场对应力分布影响的情况。
特别在进行各类燃机的部件，如航空发动机的涡轮盘、叶片等的强度计算分析时通常要考虑热问题。
各类输送管道由于内外温度不同也会产生热应力。
另外材料的性能和其温度是相关的，不同的温度下其性能通常不同，这也会造成部件应力分布的变化。
为此，本章通过实例来讲解如何用ANSYS6.1来进行这类问题的分析。
22.1 问题描述一无限长的截面形状和尺寸如图22.1所示的厚壁双层圆管，其内、外层温度分别为Ti和To，材料数据和边界条件如表22.1所示，利用ANSYS程序来求解圆管沿径向的温度分布情况，并求解圆管内沿径向和周向的应力情况。
图22.1 双层管道的截面图表22.1 材料性能参数表材料编号热导率(W/mm. o C)弹性模量(MPa) 泊松比热膨胀系数(－o C-1)1(钢),内层0.0234 2.05E5 0.3 10.3 2 (铝) ,外层0.152 0.63E50.33 20.7从上面描述的问题可以看出，本实例属于轴对称问题，可以采用轴对称方法来进行分析。
同时本问题为典型的热－应力耦合问题，可以采用间接法顺序耦合分析的一般步骤进行分析。
因为管道为无限长，故建立模型时轴向尺寸可以是任意大于零的值，且将其一边轴向约束，一边所有节点轴向自由度耦合。
下面我们将首先建立有限元模型，进行稳态热分析，并观察分析其沿径向的温度分布情况。
然后将模型中的热单元类型转换成对应的结构分析单元类型，重新定义材料的力学性能参数，并将热分析的结果以体载荷的形式施加到模型中，定义合理的边界条件，进行结构静力求解。
最后，观察并分析整个结构沿径向和周向的应力分布情况。
22.2 建立模型在ANSYS6.1中，首先通过完成如下工作来建立本算例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析标题，定义材料性能，定义单元类型，建立几何模型并划分有限元网格等。
ansys workbench的管道热流固耦合案例
图 3 fill 命令选取内部面
图 4 入口出口命名
选定所有外部壁面定义为 wall。最后定义耦合面，定义流固交界面流体一侧的三个面为 interfacef2s，定义流固交界面固体一侧的三个面为 interfaces2f，面的选取如图 5 所示。
图 5 流体域和固体域边界图示
四、网格划分
双击 A3 打开 Meshing 模块，网格划分主要有三部分，选定固体域定义网格方法为 Automatic Method，选定流体域定义网格方法同样为 Automatic Method，最后，在流体域中 选择与固体域相交的三个面定义膨胀层 Inflation。为了使网格更合适质量更好，在 detail of ‘mesh’面板中定义相应参数，其中定义 Relevance 为 100，Relevance Center 为 fine，Smoothing 为 High，Span Angle Center 为 Fine，其余选项均保持默认即可。单击 Generate Mesh 生成网 格，得到节点数为 64628，网格数量为 190857。观察网格质量，网格质量总体均在 0.5 以上， 基本可以认为网格质量良好。
七、变形及热应力分析
双击 C5 进入静态结构计算模块右键单击 Imported Load 打开右键菜单后单击 Imported Load 导入固体域的温度。右键单击 Static Structural—Insert—Fixed Support 给三个入口端面
施加固定约束。完成边界条件的加载。右键单击 Solution 插入总变形和应力。单击 solve 进 行求解。
图 2 数据传送关系
在 SolidWorks 中 建 立 相 应 模 型 ， 并 转 化 成 ansys 适 用 的 x_t 格 式 。 双 击 A2 打 开 DesignModeler，导入相应模型。
ansys耦合仿真成功案例
ansys耦合仿真成功案例ANSYS耦合仿真是一种将不同物理场耦合在一起进行综合分析的方法，可以用于模拟多种产品的性能和行为。
下面列举了10个成功的ANSYS耦合仿真案例，展示了其在不同领域的应用。
1. 汽车碰撞仿真在汽车碰撞仿真中，ANSYS耦合仿真可以将结构力学、流体动力学和热传导等物理场耦合在一起，模拟汽车碰撞过程中的变形、应力、温度等。
通过分析碰撞后的车辆变形情况和乘员受力情况，可以优化车辆结构设计，提高安全性能。
2. 电子设备散热仿真对于高性能电子设备，散热是一个重要的问题。
ANSYS耦合仿真可以将流体动力学和热传导耦合在一起，模拟设备内部的热传导和外部的空气流动。
通过优化散热设计，可以提高设备的散热效果，降低温度，提高性能和可靠性。
3. 风力发电机叶片仿真风力发电机叶片在风场中工作时受到复杂的力学和流体动力学作用。
ANSYS耦合仿真可以将结构力学和流体动力学耦合在一起，模拟叶片受力和气动性能。
通过优化叶片的结构和形状，可以提高风力发电机的转换效率和可靠性。
4. 高速列车运动仿真高速列车在高速运动时会受到空气动力学、结构力学和电磁场等多个物理场的耦合作用。
ANSYS耦合仿真可以模拟高速列车在不同速度下的空气动力学和车体振动情况，进一步优化列车设计，提高运行安全性和乘客舒适性。
5. 电池系统热耦合仿真电池系统在充放电过程中会产生大量热量，需要进行有效的热管理。
ANSYS耦合仿真可以将热传导和流体动力学耦合在一起，模拟电池内部的温度分布和热量传递。
通过优化散热设计和控制策略，可以提高电池系统的安全性和寿命。
6. 油气管道腐蚀仿真油气管道在使用过程中容易受到腐蚀的影响，会导致泄漏和事故发生。
ANSYS耦合仿真可以将结构力学和化学反应耦合在一起，模拟管道内部的应力和腐蚀过程。
通过优化材料选择和防腐措施，可以延长管道的使用寿命并减少安全风险。
7. 水力涡轮发电机仿真水力涡轮发电机在水流作用下转动产生电能，其性能直接影响发电效率。
ANSYS热应力分析-实例
Workshop Supplement
练习4B 热应力分析 直接耦合场
带翅片的管
4B. 热应力分析 – 直接应力场
带翅片的管
说明 •
Workshop Supplement
在这个练习题中,我们将 用直接应力场的方法重做前面的题目。 这个轴对称的翅片将被用来分析以前施加的热和结构荷载。
4B. 热应力分析 – 直接应力场
Workshop Supplement
4A.热应力分析 –耦合场
带翅片的管
Workshop Supplement
4A.热应力分析 –耦合场
带翅片的管
14e. 画纵向(轴向)的应力图:
– – Main Menu > General Postproc > Plot Results > -Contour Plot- Nodal Solu ... • 拾取 “Stress” 和 “Y-direction SY”, 然后按 [OK] 或用命令: PLNSOL,S,Y
Utility Menu > Select > Everything 或用命令: CP,1,UY,ALL ALLSEL,ALL
4A. 热应力分析 –耦合场
带翅片的轴对称管
11. 将内部压力施加在线上:
– Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Pressure > On Lines + • – 拾取线 9和13, 然后按 [OK] • 将VALUE设为 1000, 然后按 [OK] 或用命令: SFL,9,PRES,1000 SFL,13,PRES,1000
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9.