有限元分析-热分析

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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。

常用CAE分析简介

常用CAE分析简介1. 有限元分析（FEA）：有限元分析是一种将复杂结构分解为简单单元的方法，通过求解这些单元的力学行为，从而得到整个结构的力学性能。

有限元分析广泛应用于结构分析、热分析、流体分析等领域，可以帮助工程师评估设计的强度、刚度、稳定性等性能指标。

2. 计算流体动力学（CFD）：计算流体动力学是一种利用数值方法模拟流体流动问题的方法。

通过CFD分析，工程师可以了解流体在特定条件下的速度、压力、温度等参数，从而优化设计，提高设备的性能。

CFD分析广泛应用于航空航天、汽车、化工、建筑等领域。

3. 多体动力学（MBD）：多体动力学是一种模拟多个刚体之间相互作用的力学分析方法。

通过MBD分析，工程师可以研究机械系统的运动特性、动力学性能和振动特性，从而优化设计，提高设备的可靠性。

MBD分析广泛应用于汽车、、航天器等领域。

4. 优化设计：优化设计是一种在满足一定约束条件下，寻找最优设计方案的方法。

通过优化设计，工程师可以在保证产品质量的前提下，降低成本、提高性能。

优化设计方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。

5. 可靠性分析：可靠性分析是一种评估产品在使用过程中发生故障的概率的方法。

通过可靠性分析，工程师可以了解产品的故障模式和故障原因，从而优化设计，提高产品的可靠性。

可靠性分析方法包括故障树分析、故障模式与影响分析等。

CAE分析在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师在设计阶段发现潜在问题，优化设计，提高产品质量和降低成本。

随着计算机技术的不断发展，CAE分析将在未来发挥越来越重要的作用。

6. 热分析：热分析是一种评估产品在温度变化下的热传导、热对流和热辐射性能的方法。

通过热分析，工程师可以了解产品在不同温度条件下的热性能，从而优化设计，提高产品的热效率和热稳定性。

热分析广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。

7. 声学分析：声学分析是一种评估产品在声波作用下的声学性能的方法。

通过声学分析，工程师可以了解产品在不同频率下的声压级、声强级和声功率级等参数，从而优化设计，提高产品的声学性能。

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。

传热问题有限元分析

【问题描述】本例对覆铜板模型进行稳态传热以及热应力分析，图I所示的是铜带以及基板的俯视图，铜带和基板之间由很薄的胶层连接，可以认为二者之间为刚性连接，这样的模型不包含胶层，只有长10mm的铜带（横截面2mm×0.1mm）和同样长10mm的基板（横截面2mm×0.2mm）。

材料性能参数如表1所示，有限元分析模型为实体——实体单元，单元大小0.05mm，边界条件为基板下表面温度为100℃，铜带上表面温度为20℃，通过二者进行传热。

图I 铜带与基板的俯视图表1 材料性能参数名称弹性模量泊松比各向同性导热系数基板 3.5GPa 0.4 300W/(m·℃)铜带110GPa 0.34 401W/(m·℃)【要求】在ANSYS Workbench软件平台上，对该铜板及基板模型进行传热分析以及热应力分析。

1.分析系统选择（1）运行ANSYS Workbench，进入工作界面，首先设置模型单位。

在菜单栏中找到Units下拉菜单，依次选择Units>Metric（kg,m,s,℃，A，N,V）命令。

（2）在左侧工具箱【Toolbox】下方“分析系统”【Analysis Systems】中双击“稳态热分析”【Steady-State Thermal】系统，此时在右侧的“项目流程”【Project Schematic】中会出现该分析系统共7个单元格。

ANSYS_热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书

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 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。

2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。

内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。

一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。

冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：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，管内部承受均布压力。

练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1.定义工作文件名及工作标题1)定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】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> Window Options ，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。

有限元分析实例-----电线生热稳态热分析

有限元分析实例-----电线生热稳态热分析（使用ANSYS17.0软件）一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤：①定义参数②创建几何模型③划分网格④加载数据⑤求解⑥结果分析一、进行平面的轴对称分析启动ANSYS17.0软件。

1.定义文件分析名。

选择Utility Menu--file--change jobname命令，输入“exercise-1”，单击ok按钮。

2.定义单元类型。

Main Menu--Preprocessor--Element type--add/edit/delete。

选择add-Thermal mass--solid--Quad 4node 55单元，单击ok按钮。

选择options--k3---Axisymmetric，单击ok按钮。

单击close按钮。

3.定义参数，直接在键盘输入R=0.001015 (半径)Q=1.718e9 (热流密度)LB=19.03 (导热系数)4.定义材料属性。

选择Main Menu--Preprocessor--Material props--Material Models，弹出对话框，选择各向同性的温度材料，如图设置，单击ok按钮。

5.创建模型。

选择Main Menu--Preprocessor--Modeling--create--Areas--Rectangle--By Dimensions命令。

如图设置，单击ok按钮，建立矩形，如下图。

6.设置网格单元密度。

选择Main Menu--Preprocessor--Meshing--Sizecntrls---ManualSize---Global--size。

如图设置，单击ok按钮。

有限元模型如下图。

7.划分单元。

选择Main Menu--Preprocessor--Meshing--Mesh---Areas---TargetSurf，选择pick all。

8.施加热载荷。

MainMenu--Preprocessor---Loads---DefineLoads---Apply---Thermal---Heat Generat----On Areas,选择整个矩形。

有限元分析法

杆单元 Rod element 梁单元 Beam element 弹簧单元 Spring element
2个移动自由度 1个转动自由度
3个移动自由度（平面杆单元2个） 3个移动自由度（平面梁2个） 3个转动自由度（平面梁1个） 3个移动自由度（平面2个） 3个转动自由度（平面1个）
梁结构
弹簧结构
网格划分方法
. . .. . ..
线性
体(三维实体)
. . . . . ... .. .. . ..
二次
低阶单元
更高阶单元
线单元
• 线单元: 用于螺栓(杆)，弹簧，桁架或细长构件
面单元
• 壳单元: –Shell (壳)单元每块面板的主尺寸不低于其厚度的10倍。
面单元
-平面应力分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板、承受压力或远离中心载荷的薄圆盘等结构。
details ignored
Geometric model for FEA
单元类型选择
Element type：
3节点三角形平面应力单元
单元特性定义
Element properties：
材料特性：E, µ 单元厚度：t
网格划分
模型检查 • • • • 低质量单元畸形单元重合节点重合单元
2 nodes
. .
A
. .
..
B
1 node
. .
. .
A
. .
B
具有公共节点的单元之间存在信息传递
. .
分离但节点重叠的单元 A和B之间没有信息传递（需进行节点合并处理）
第2节有限元建模方法
Finite element model
Input data

solidworks有限元分析

SolidWorks有限元分析引言SolidWorks是一款常用的计算机辅助设计（CAD）软件，它提供了丰富的工具和功能来进行产品设计和分析。

其中的有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）功能为工程师提供了一种模拟和分析产品性能的方法。

本文将介绍SolidWorks的有限元分析功能，并详细探讨其应用和优势。

什么是有限元分析（FEA）？有限元分析是一种数值方法，用于解决复杂的物理问题。

它将复杂结构分割成小的、简单形状的区域（有限元），然后通过对这些小区域进行数值计算来近似求解整个结构的行为。

有限元分析在工程设计和科学研究中被广泛应用。

它可以预测结构在受力情况下的变形、应力和振动等物理特性。

通过有限元分析，工程师可以在设计阶段快速评估产品的性能，并优化其结构，以满足设计要求。

SolidWorks有限元分析功能的特点SolidWorks的有限元分析功能是其强大工程设计工具的重要组成部分。

以下是SolidWorks有限元分析功能的一些特点：集成性SolidWorks提供了与自身设计环境完全集成的有限元分析工具。

这意味着用户可以在SolidWorks界面中直接进行有限元分析，无需另外安装其他软件或切换到其他界面。

直观的前处理SolidWorks的有限元分析功能提供了直观的前处理工具，使用户能够快速定义材料属性、约束和加载条件。

通过简单的拖放和点击操作，用户可以定义结构的几何形状、材料属性和物理限制。

自动网格生成在有限元分析中，网格是将结构分割成小区域的关键步骤。

SolidWorks的有限元分析功能可以自动生成高质量的网格。

用户只需设置一些基本参数，SolidWorks就能自动生成适用于分析的网格。

多种分析类型SolidWorks的有限元分析功能支持多种分析类型，包括静态、动态、热分析等。

用户可以根据实际需求选择合适的分析类型进行模拟。

结果可视化有限元分析的结果可以通过可视化的方式呈现，包括应力分布、位移和振动模态等。

机械设计中有限元分析的几个关键问题

机械设计中有限元分析的几个关键问题【摘要】有限元分析在机械设计中扮演着至关重要的角色，能够帮助工程师们评估和改进其设计方案。

本文将讨论有限元分析的基本原理，常见的有限元分析软件，材料特性在分析中的重要性，边界条件的设置以及模型的网格划分。

这些内容都是机械工程师在进行有限元分析时需要掌握的关键问题。

我们还将探讨有限元分析在机械设计中的应用以及未来发展，以及在面对挑战时可能带来的机遇。

通过深入理解并掌握这些关键问题，工程师们可以更好地利用有限元分析技术来提高产品的性能和质量，从而为机械设计领域的发展做出更大的贡献。

【关键词】机械设计、有限元分析、重要性、应用、软件、基本原理、材料特性、边界条件、模型、网格划分、未来发展、挑战、机遇1. 引言1.1 机械设计中有限元分析的重要性在机械设计中，有限元分析是一种非常重要的工具。

通过有限元分析，工程师们可以模拟和分析机械结构在不同工况下的应力、变形和疲劳等情况，从而优化设计方案，提高产品的性能和可靠性。

有限元分析可以帮助工程师们更好地理解机械结构的工作原理，预测和解决潜在的设计问题，提高设计效率和减少成本。

在现代机械设计中，由于产品设计复杂度和工作环境的多样性不断增加，有限元分析的重要性也日益凸显。

通过有限元分析，工程师们可以在设计阶段就对产品进行多方面的性能评估，避免在实际制造和使用过程中出现意外问题。

在激烈的市场竞争中，产品的性能和质量往往决定了企业的竞争力，而有限元分析可以帮助企业更好地把握市场需求，提升产品品质，实现可持续发展。

有限元分析在机械设计中扮演着至关重要的角色，是现代工程设计不可或缺的一部分。

通过深入研究和应用有限元分析技术，我们可以提高产品的性能和可靠性，降低设计风险，为企业创造更大的经济效益和社会价值。

1.2 有限元分析在机械设计中的应用有限元分析在机械设计中的应用非常广泛，可以帮助工程师解决各种复杂的结构力学问题。

其中包括但不限于以下几个方面：1. 结构强度分析：有限元分析可以用来评估结构的强度和刚度，帮助工程师设计出更加安全可靠的机械结构。

有限元分析法概述

第十一章有限元分析方法概述1、基本概念有限元分析方法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代没计计算方法。

它是20世纪50年代首先在连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快就广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。

在工程分析和科学研究中，常常会遇到大量的由常微分方程、偏微分方程及相应的边界条件描述的场问题，如位移场、应力场和温度场等问题。

求解这类场问题的方法主要有两种：用解析法求得精确解；用数值解法求其近似解。

应该指出，能用解析法求出精确解的只是方程性质比较简单且几何边界相当规则的少数问题。

而对于绝大多数问题，则很少能得出解析解。

这就需要研究它的数值解法，以求出近似解。

目前工程中实用的数值解法主要有三种：有限差分法、有限元法和边界元法。

其中，以有限元法通用性最好，解题效率高，目前在工程中的应用最为广泛。

下面通过一个具体例子，分别采用解析法和数值解法进行求解，从而体会一下有限元分析方法的含义及其相关的一些基本概念。

如下图所示为一变横截面杆，杆的一端固定，另一端承受负荷P ，试求杆沿长度方向任一截面的变形大小。

其中，杆的上边宽度为1w ，下边宽度为2w ，厚度为t ，长度为L ，杆的材料弹性模量为E 。

已知P ＝4450N ，1w ＝50mm ，2w =25mm ，t =3mm ，L =250mm ，E =72GPa 。

① 采用解析法精确求解假设杆任一横截面面积为)(y A ，其上平均应力为σ，应变为ε。

根据静力平衡条件有：0)(=-y A P σ根据虎克定律有：εσE =而任一横截面面积为：t y L w w w y A )()(121-+= 任一横截面产生的应变为：dydu=ε将上述方程代入静力平衡条件，进行变换后有：dy y EA Pdu )(=沿杆的长度方向对上式两边进行积分，可得：⎰⎰⎰-+==y yudy y Lw w w Et P dy y EA P du 01210)()(将)(y A 表达式代入上式，并对两边进行积分，得杆沿长度方向任一横截面的变形量：]ln )[ln()()(112112w y Lw w w w w Et PL y u --+-=当y 分别取0、62.5、125、187.5、250值时，变截面杆相应横截面处的沿杆长方向的变形量分别为：m u m u m u m u m u 6564636211080.142 ;1083.96 ;1027.59 ;1051.27 ;0----⨯=⨯=⨯=⨯==② 采用数值解法近似求解将变横截面杆沿长度方向分成独立的4小段，每一小段采用等截面直杆近似，等截面直杆的横截面面积为相应的变截面杆横截面面积的平均面积表示，每一小段称为一个单元，小段之间通过节点连接起来。

有限元与热分析数值仿真

用傅理叶定律求解在半径r处取一厚度为dr长度为l米的薄圆筒壁。则根据傅里叶定律，边界条件r=r1,t=t1;r=r2,t=t2。我们得:
dt Q = −λ F dr
= −λ 2π rl
r2
dt dr
分离变量，两边积分： Q = ∫
r Q ln 2 = 2π r l (t1 − t2 ) r1
b
微电子：微电子：电子芯片冷却
生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片； c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存 d 军贮存飞机、坦克；激光武器；事：飞机、坦克；激光武器；弹药
跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； e 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温水源热泵 f 新能源：太阳能；新能源：太阳能；燃料电池
两个不同的物体温度较高的物体把热量传递给与之接触的温度较低的另一物体。的温度较低的另一物体。
同一物体内部热量从温度较高的部分传递到温度较低的部分
第一章
导热基本定律
一、导热基本概念
1。温度场(temperature field) ：某一时刻（或瞬间）物体中各点温度的分布的总称。t 各点温度的分布的总称。t = ƒ ( x, y, z, ζ)
汽车( 汽车(热能机械能) 机械能)
飞机 (热能机械能) 机械能)
冰箱( 冰箱(机械能热能) 热能)
热学分析在生产技术等众多领域中的应用十分广泛：热学分析在生产技术等众多领域中的应用十分广泛：
特别是在下列技术领域大量存在传热与热分析问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能、航空航天、能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料、军事科学与技术、系统（MEMS）、新材料、军事科学与技术、）、新材料生命科学与生物技术… 生命科学与生物技术…

3温度场有限元分析理论基础

第3章温度场有限元法分析理论基础在制造加工领域中，通过计算机模拟各种加工过程是非常方便有效的方法之一。

磨削过程也可以通过建立数值分析模型模拟整个磨削的过程，不仅可以预测实验可能发生的情况也可以减少实验的次数。

于是，越来越多的学者使用有限元技术对磨削过程进行分析、研究。

通过有限元法分析磨削区温度场既有利于对磨削机理的理解，也是一种优化机械加工工艺的有力工具，而且在考虑多种因素、非线性、动态过程分析等复杂情况时其优势尤为显著。

3.1有限元法简介3.1.1 有限元法的基本思想有限单元法是目前在工程领域内常用的数值模拟方法之一。

目前在工程领域内常用都是数值模拟方法包括有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法等。

有限元单元法的基本思想就是将连续的结构离散成有限多个单元，并在每一个单元中设定有限数量的节点，讲连续体看做是节点处连续的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第一单元中假设一个插值函数来表示单元中场函数的分布规律，进而利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中有限自由度问题。

求解法就可以利用解得的节点值和设定的插值函数来确定单元上以至整个集合上的场函数。

有限元分析的基本概念就是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一个单元假定一个较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的近似解。

由于大多数实际问题难以得到准确解，有限元法不仅仅计算精度高而且能够适应各种复杂形状，因此称为行之有效的工程分析手段。

3.1.2有限元热分析简介热分析是指用热力学参数或者物理参数随着温度变化的关系进行的分析方法。

国际热分析协会在1977年将热分析定义为：“热分析是测量在程序控制温度下，物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术。

”程序控制温度指的是按某种规律加热或冷却，通常是线性升温或降温。

有限元分析热分析

中载荷，只能施加在节点或关键点上，主要用
于线单元模型。
.
9
（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：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
问题描述：
有一横截面为矩形的各向异性型材，其初
始温度为500℃，现突然将其置于温度为20℃的
空气中，求1分钟后该型材的温度场分布及其中
心温度随时间的变化规律。材料性能参数如下：
密度为2400 kg/m3，导热系数KXX为30
W/(m.℃)，KYY、KZZ为弹性模量为10
W/(m.℃)，比热为352 J/(kg.℃)，对流系数为
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28
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3. 创建几何模型、划分网格 4. 3.1 几何建模
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30
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1. 3.2 划分网格：先对线进行标注，然后画线以便于操作。
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4 加载求解 4.1 选择分析类型：
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1. 4.2 对线上各节点施加温度载荷：先对1线上的节点加温
2. 度载荷
从上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。
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（4）比热容（Specific Heat）：是指单位质量的物质每升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量，简称比热，其单位为J/(Kg.℃)。其计算公式为： C=Q/（m.△T）式中：△T= TE-TB，为TE为终止时刻温度；TB 为开始时刻温度；Q为该时间段内物体吸收或放出的总热量；m为质量。

压力容器热力耦合的有限元分析

压力容器热力耦合的有限元分析摘要：实际工程中，压力容器除了承受机械应力外，还要承受波动温度条件下由于温度分布不均匀而产生的热应力。

在压力容器实际运行时，特别是在启动、停止过程中，结构所受的瞬态温度变化显著，由此带来的温度应力则会达到较大的数值，能够使得设备结构产生强度破坏。

因此，准确地确定结构的瞬态温度场、耦合热应力以及部件问的热传递规律是具有实际意义和工程价值的课题。

本文就此展开了论述，以供参阅。

关键词：压力容器;热力耦合;有限元分析1传导问题的有限元分析1.1三维瞬态温度场问题的一般表达格式在一般三维问题中，瞬态温度场的场变量Ф(x，y，z,t)在直角坐标系中应满足的微分方程是：上式中，JD是材料密度(kg／m3)；c是材料比热容(J／kg·K)；t是时间(s)：kx，ky，kz也是材料沿物体三个主方向(x，y，z)方向的导热系数(w／(m·K))；Q=Q(x，y，z,t)是物体内部的热源密度(w／kg)；nx，ny，nz是边界外法线的方向余弦；Ф=Ф(Γ，t)是在Γ1边界上的给定温度；q=q(Γ，t)是在边界Γ2上的给定热流密度(w／m2)；h是对流换热系数(W／m2·K)。

；Фa=Фa(Γ，t)，对于尼边界，在自然对流条件下，Фa是外界温度环境；在强迫对流的条件下，Фa是边界层的绝热壁温度。

微分方程式(1)是热量平衡方程，其表明，微体升温所需的热量应与传入微体的热量以及微体内热源产生的热量相平衡。

(2)式是在E边界上给定温度Ф(Γ，t)，称为第一类边界条件，它是强制边界条件。

(3)式是在如边界上给定热流量q(Γ，t)，称为第二类边界条件。

(4)式是在Γ3边界上给定对流换热的条件，称为第三类边界条件。

Γ1+Γ2+Γ3=Γ是域力内的全部边界条件。

1.2结构耦合热应力的求解思想热应力实际上是热和应力两个物理场相互作用的结果，属于耦合场分析的范畴。

在有限元热应力分析中，通常有两种方法，一种是顺序耦合法，另一种是直接耦合法。

有限元-热场分析-2011-01-06

相变问题
ANSYS 热分析最强大的功能之一就是可以分析相变问题，例如凝固或熔化等。含有相变问题的热分析是一个非线性的瞬态的问题：相变问题需要考虑熔融潜热，即在相变过程吸收或释放的热量。ANSYS 通过定义材料的焓随温度变化来考虑熔融潜热。焓的单位是J/m3，是密度与比热的乘积对温度的积分。
热传导
传导：由于温度梯度引起的内部的能量的交换
q
*T n
T q nn n
*
温度梯度
热对流
热对流：固体的表面与其接触的流体之间，由于温差存在而引起的热量交换
热对流可以分为两类：自然对流和强制对流
hf Ts
TB
表面传热系数固体表面的温度
q h f (Ts TB )
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。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：
[K]为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数， [C]为比热矩阵,考虑系统内能的增加，{T} 为节点温度向量。(和力分析的瞬态、暂态比较？)
Q
热流率(W)
吸收率

Q A1F12 (T T )
4 1 4 2
斯忒藩-伯尔兹曼常数，约5.67×10E-8 (W/m2.K4)
几个小问题
1. 热力学三大定律？ 2. 真空导热吗？ 3. 太阳的热量如何传到地球的？ 4. 热水瓶是如何阻止热量丧失的？ 5. 空调的加热效率和电炉相比，谁高？ 6. 人的散热功率大概是多少？ 7. 什么是温室效应？具体原因是什么？
热分析中可能的耦合关系相变或其他引起的恒温边界条件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