ANSYS有限元--热应力作用下的断裂力学分析
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中，ANSYS在热分析方面的应用具有很高的价值，能对复杂结构的温度分布、热应力等问题进行有效的数值模拟和分析。
本文旨在深入探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用。
二、ANSYS软件及其热分析功能ANSYS是一款广泛应用于机械、电气、流体等多领域的有限元分析软件。
其强大的功能主要得益于其精细的数值计算方法和广泛的适用性。
在热分析方面，ANSYS可以模拟各种复杂的热传导、热对流和热辐射问题，为工程师提供精确的数值结果和直观的图形展示。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 模型建立与网格划分在ANSYS中进行热分析，首先需要建立准确的模型并进行网格划分。
ANSYS提供了强大的建模工具，可以方便地建立各种复杂的模型。
同时，其网格划分功能可以根据模型的特点和需求，自动或手动进行网格的生成和优化。
这为后续的热分析提供了可靠的数值基础。
2. 材料属性设定与载荷施加在热分析中，材料属性设定和载荷施加是关键步骤。
ANSYS 提供了丰富的材料库，可以根据实际需要选择合适的材料并进行属性的设定。
同时，根据问题的需求，可以在模型上施加各种类型的热载荷，如温度、热流等。
3. 求解与结果分析完成模型建立、网格划分、材料属性设定和载荷施加后，就可以进行求解了。
ANSYS采用先进的数值计算方法，可以快速得到求解结果。
同时，ANSYS提供了丰富的后处理功能，可以对求解结果进行可视化展示和分析。
例如，可以绘制温度分布图、热流图等，帮助工程师直观地了解问题的特点。
四、ANSYS在热分析中的优势相比传统的实验方法，ANSYS在热分析中具有以下优势：1. 准确性高：ANSYS采用先进的数值计算方法，可以模拟各种复杂的热传导、热对流和热辐射问题，得到的结果更加准确可靠。
2. 效率高：相比传统的实验方法，ANSYS可以在短时间内得到求解结果，大大提高了工作效率。
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中，热分析作为工程领域的一个重要部分，ANSYS软件在其中发挥了重要作用。
本文将详细探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，包括其基本原理、应用领域、优势及挑战等方面。
二、ANSYS有限元分析软件基本原理ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于结构、流体、电磁场和热分析等领域。
在热分析中，ANSYS利用有限元法将复杂的连续体离散化，将求解域划分为一系列的单元体，然后通过对每个单元进行分析，从而得出整个结构的热行为特性。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 稳态热分析稳态热分析主要用于研究物体在恒定温度场下的热行为。
通过ANSYS软件，可以建立物体的三维模型，设置材料属性、边界条件等参数，然后进行稳态热分析。
分析结果可以用于产品设计、优化和性能评估等方面。
2. 瞬态热分析瞬态热分析主要用于研究物体在温度场随时间变化情况下的热行为。
例如，在汽车发动机、电子设备等领域的热管理中，需要了解设备在运行过程中的温度变化情况。
通过ANSYS软件进行瞬态热分析，可以得出设备在不同时间点的温度分布情况，为产品设计、优化和故障诊断提供依据。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 高精度：ANSYS软件采用先进的有限元法，可以将求解域划分为足够小的单元体，从而得出较为精确的解。
2. 多物理场耦合分析：ANSYS可以用于多物理场耦合分析，包括热-结构耦合、热-流体耦合等，能够更全面地反映实际工程问题的复杂性。
3. 丰富的材料库：ANSYS拥有丰富的材料库，可以用于模拟各种材料的热性能。
4. 强大的后处理功能：ANSYS具有强大的后处理功能，可以方便地查看和分析计算结果，为工程设计提供有力支持。
五、挑战与展望尽管ANSYS在热分析中具有诸多优势，但仍面临一些挑战。
例如，在处理大规模复杂问题时，计算资源的消耗较大；对于某些特殊材料和复杂结构的建模和分析难度较高；此外，ANSYS软件的学系成本较高，需要专业知识和技能。
ANSYS断裂分析
基于ANSYS的断裂参数的计算1 引言断裂事故在重型机械中是比较常见的，我国每年因断裂造成的损失十分巨大。
一方面，由于传统的设计是以完整构件的静强度和疲劳强度为依据，并给以较大的安全系数，但是含裂纹在役设备还是常有断裂事故发生。
另一方面，对于一些关键设备，缺乏对不完整构件剩余强度的估算，让其提前退役，从而造成了不必要的浪费。
因此，有必要对含裂纹构件的断裂参量进行评定，如应力强度因了和J积分。
确定应力强度因了的方法较多，典型的有解析法、边界配位法、有限单元法等。
对于工程上常见的受复杂载荷并包含不规则裂纹的构件，数值模拟分析是解决这些复杂问题的最有效方法。
本文以某一锻件中取出的一维断裂试样为计算模型，介绍了利用有限元软件ANSYS计算应力强度因子。
2 断裂参量数值模拟的理论基础对于线弹性材料裂纹尖端的应力场和应变场可以表述为：(1)其中K是应力强度因子，r和θ是极坐标参量，可参见图1，(1)式可以应用到三个断裂模型的任意一种。
图1 裂纹尖端的极坐标系(2)应力强度因子和能量释放率的关系：G=K/E" (3)其中：G为能量释放率。
平面应变：E"=E/(1-v2)平面应力：E=E"3 求解断裂力学问题断裂分析包括应力分析和计算断裂力学的参数。
应力分析是标准的ANSYS线弹性或非线性弹性问题分析。
因为在裂纹尖端存在高的应力梯度，所以包含裂纹的有限元模型要特别注意存在裂纹的区域。
如图2所示，图中给出了二维和三维裂纹的术语和表示方法。
图2 二维和三维裂纹的结构示意图3.1 裂纹尖端区域的建模裂纹尖端的应力和变形场通常具有很高的梯度值。
场值得精确度取决于材料，几何和其他因素。
为了捕获到迅速变化的应力和变形场，在裂纹尖端区域需要网格细化。
对于线弹性问题，裂纹尖端附近的位移场与成正比，其中r是到裂纹尖端的距离。
在裂纹尖端应力和应变是奇异的，并且随1/变化而变化。
为了产生裂纹尖端应力和应变的奇异性，裂纹尖端的划分网格应该具有以下特征：·裂纹面一定要是一致的。
ansys断裂力学技巧
Ansys断裂力学裂纹和瑕疵在很多结构和零部件中会出现，有时会导致严重的后果。
断裂力学就是研究裂纹扩散问题的学科。
12.1 断裂力学的理解断裂力学就是解决结构在外载荷作用下，裂纹和瑕疵如何扩散的问题。
它包含裂纹扩散相应的解析预报和实验结果验证。
解析预报是通过断裂参数的计算得出的，如裂纹区域的应力强度因子，它可以用来评估裂纹的生长率。
最具典型的是，裂纹的长度随着一些循环载荷的每一次作用而增长，如飞机上机舱的增压-减压。
另外，环境的情况，如温度或光线的照射等，都会影响某些材料的断裂性能。
在研究中，断裂问题需重点研究的典型参数如下：●应力强度因子（K I, K II和K III），是断裂的三个基本形式。
●J-积分，是一种不受线路影响的线积分，用来测量裂纹端点的奇异应力和应变。
●能量释放率（G），它代表裂纹开始和终止处的能量的大小。
12.2 求解断裂力学问题求解断裂力学问题包括执行线弹性或弹塑性静态分析，以及使用专用的后处理命令或宏来计算需要的断裂参数。
此处分成两个部分来介绍：●裂纹区域的建模●计算断裂参数12.2.1裂纹区域的建模断裂模型中最重要的部分就是裂纹边界的部分。
在ansys中，在二维模型和三位模型中，分别将裂纹的边界看成是裂纹端点和裂纹前端。
如图12.1所示。
r是距离裂纹端点的长度。
裂裂纹面应该是重合纹端点处的应力和应变是奇异的，的，裂纹端点（或裂纹前端）附近的单元应该是二次的，即角点之间有中间节点。
这种单元被称为奇异单元。
12.2.1.1 二维断裂模型二维断裂模型的推荐单元类型是PLANE2，6节点的三角实体单元。
裂纹端点附近的单元的第一行是奇异的，如图12.2（a）所示。
前处理模块PREP7的命令(Main Menu> Preprocessor> Meshing> Size Cntrls> Concentrat KPs> Create)可以定义某关键点附近的单元划分的大小，在断裂模型中特别有用。
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用随着科学技术的不息进步，有限元分析成为了工程领域中必不行少的工具之一。
其中，ANSYS有限元分析软件以其强大的功能和可靠的计算结果，被广泛应用于热分析领域。
本文将介绍，并探讨其优点和局限性。
热分析是指对物体在不同温度条件下的热力学和热物理学性能进行计算和分析的过程。
在各个工程领域中，如航空航天、建筑、汽车等，热分析对于确保产品的安全性和可靠性至关重要。
而ANSYS有限元分析软件作为一款强大的工程分析工具，具备了强大的计算能力和准确的结果输出，被广泛应用于热分析。
起首，主要包括两个方面：传热分析和热应力分析。
在传热分析中，ANSYS能够计算物体在不同温度条件下的热传导、热对流和热辐射等热传输过程，从而得到物体内部和表面的温度分布和热流分布。
在热应力分析中，ANSYS能够计算物体在不同温度条件下的热应力和热应变分布，从而评估物体受热载荷引起的变形和应力集中状况。
其次，具有一些明显的优点。
起首，ANSYS具备了强大的计算能力，能够对复杂的几何外形和边界条件进行精确的计算。
其次，ANSYS提供了丰富的材料库，可以模拟各种不同材料在热条件下的性能变化。
此外，ANSYS还提供了直观的后处理工具，可以便利地对计算结果进行可视化和分析。
最后，ANSYS的界面友好，易于进修和使用，便利工程师进行热分析。
然而，ANSYS有限元分析软件在热分析中也存在一定的局限性。
起首，由于计算过程中需要进行离散化处理，ANSYS的计算结果可能存在一定的误差。
其次，由于热分析涉及到复杂的物理过程和边界条件，对模型的建立和参数的选择要求较高，需要阅历丰富的工程师进行指导和调整。
此外，ANSYS的使用需要一定的计算资源和时间，对计算机性能有一定的要求。
综上所述，ANSYS有限元分析软件在热分析中具有广泛的应用前景。
随着科学技术的进步和ANSYS的不息进步，其在热分析中的功能以及计算结果的准确性将会得到进一步提高。
Ansys 断裂力学理论
第四章断裂力学文献来源：/document/200707/article796_2.htm4.1 断裂力学的定义在许多结构和零部件中存在的裂纹和缺陷，有时会导致灾难性的后果。
断裂力学在工程领域的应用就是要解决裂纹和缺陷的扩展问题。
断裂力学是研究载荷作用下结构中的裂纹是怎样扩展的，并对有关的裂纹扩展和断裂失效用实验的结果进行预测。
它是通过计算裂纹区域和破坏结构的断裂参数来预测的，如应力强度因子，它能估算裂纹扩展速率。
一般情况下，裂纹的扩展是随着作用在构件上的循环载荷次数而增加的。
如飞机机舱中的裂纹扩展，它与机舱加压及减压有关。
此外，环境条件，如温度、或大范围的辐射都能影响材料的断裂特性。
典型的断裂参数有：与三种基本断裂模型相关的应力强度因子(K I,K II,K III)(见图4-1)；J积分，它定义为与积分路径无关的线积分，用于度量裂纹尖端附近奇异应力与应变的强度；能量释放率(G)，它反映裂纹张开或闭合时功的大小；注意--在本节大部分的图形中裂纹的宽度被放大了许多倍。
图4-1 裂缝的三种基本模型4.2 断裂力学的求解求解断裂力学问题的步骤为：先进行线弹性分析或弹塑性静力分析，然后用特殊的后处理命令、或宏命令计算所需的断裂参数。
本章我们集中讨论下列两个主要的处理过程。
裂纹区域的模拟；计算断裂参数。
4.2.1 裂纹区域的模拟在断裂模型中最重要的区域，是围绕裂纹边缘的部位。
裂纹的边缘，在2D模型中称为裂纹尖端，在3D模型中称为裂纹前缘。
如图4-2所示。
图4-2 裂纹尖端和裂纹前缘在线弹性问题中，在裂纹尖端附近(或裂纹前缘)某点的位移随而变化，γ是裂纹尖端到该点的距离，裂纹尖端处的应力与应变是奇异的，随1/变化。
为选取应变奇异点，相应的裂纹面需与它一致，围绕裂纹顶点的有限元单元应该是二次奇异单元，其中节点放到1/4边处。
图4-3表示2-D和3-D模型的奇异单元。
图4-3 2-D和3-D模型的奇异单元4.2.1.1 2-D断裂模型对2D断裂模型推荐采用PLANE2单元，其为六节点三角形单元。
利用ANSYS进行断裂分析
利用ANSYS进行断裂分析初次试做断裂分析，希望有这方面经验的高手能发表些经验之谈！这个模型由两种材料组成：表面镀层为铝,基底为钢。
目的是对表面镀层的剥离过程进行分析。
目前这个模型是个假想的简化模型，初步目标是实现剥离过程的模拟。
裂纹扩展是通过接触单元生死功能实现的。
基层和镀层由接触单元连接，然后通过断裂判断准则确定要杀死的失效的接触单元。
第一版(没有加断裂判断准则，强行逐个杀死界面接触单元)：fini/clear/filn,crack1/PREP7!*ET,1,PLANE182!*KEYOPT,1,1,2KEYOPT,1,3,1KEYOPT,1,4,0KEYOPT,1,6,0KEYOPT,1,10,0!*rect,0,100,0,100rect,0,100,100,110lesi,1,,,10lesi,2,,,10esha,2!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,210e3MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,2,,70MPDATA,PRXY,2,,0.33amesh,1lesi,5,,,10lesi,6,,,2mat,2amesh,2lsel,s,,,3nsll,s,1cm,c1,nodelsel,s,,,5nsll,s,1cm,t1,nodensel,s,loc,xd,all,uxnsel,s,loc,yd,all,uyd,all,uxmp,mu,3,0/COM, CONTACT PAIR CREATION - START CM,_NODECM,NODECM,_ELEMCM,ELEMCM,_LINECM,LINECM,_AREACM,AREA/GSA V,cwz,gsav,,tempMP,MU,3,0MA T,3R,3REAL,3ET,2,169ET,3,172R,3,,,100,0.1,0,RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,RMORE,0.0,0,1.0,,1.0,0.5RMORE,0,0.5,1.0,0.0,KEYOPT,3,2,0KEYOPT,3,3,0KEYOPT,3,4,0KEYOPT,3,5,0KEYOPT,3,7,0KEYOPT,3,8,0KEYOPT,3,9,0KEYOPT,3,10,0KEYOPT,3,11,0KEYOPT,3,12,5! Generate the target surfaceNSEL,S,,,T1CM,_TARGET,NODETYPE,2ESLN,S,0ESURF,ALLCMSEL,S,_ELEMCM! Generate the contact surfaceNSEL,S,,,C1CM,_CONTACT,NODETYPE,3ESLN,S,0ESURF,ALLALLSELESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2ESEL,A,TYPE,,3ESEL,R,REAL,,3/PSYMB,ESYS,1/PNUM,TYPE,1/NUM,1EPLOTESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2ESEL,A,TYPE,,3ESEL,R,REAL,,3CMSEL,A,_NODECMCMDEL,_NODECMCMSEL,A,_ELEMCMCMDEL,_ELEMCMCMSEL,S,_LINECMCMDEL,_LINECMCMSEL,S,_AREACMCMDEL,_AREACM/GRES,cwz,gsavCMDEL,_TARGETCMDEL,_CONTACT/COM, CONTACT PAIR CREATION - END lsel,s,,,7nsll,s,1cm,s1,node!Gradient surface loadSFGRAD,PRES,0,X,0,-0.1,sf,all,pres,-0.1nsel,allesel,all!save/solutime,1deltim,1,1,1solve/post1plns,s,1anty,,resttime,1.1ekill,140solve/post1plns,s,1/soluanty,,resttime,1.2ekill,140ekill,139solve/post1plns,s,1/soluanty,,resttime,1.3ekill,140ekill,139ekill,138solve/post1plns,s,1/soluanty,,resttime,1.4ekill,140ekill,139ekill,138ekill,137solve/post1plns,s,1第二版(加了断裂自动判断准则)。
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用
ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用随着科学技术的不断发展，工程领域的热分析越来越重要。
热力学、热传导、热对流、辐射传热等问题是工程领域中需要解决的关键问题之一。
ANSYS有限元分析软件作为一款功能强大、使用广泛的工程分析工具，在热分析领域发挥着重要的作用。
ANSYS有限元分析软件是一种基于有限元理论的数值计算工具。
它通过将一个复杂的物理问题划分成一个个简单的子域，然后将这些子域用有限元进行离散，再通过数值计算方法求解模型的应力、应变等物理场。
在热分析中，ANSYS能够非常准确地模拟材料的温度分布、热流量分布以及传热过程等问题，为工程师提供必要的设计信息。
在热分析中，ANSYS可以解决一系列不同的问题。
首先，它可以模拟材料的温度分布。
通过定义不同的材料参数和边界条件，ANSYS可以准确地计算出材料在不同情况下的温度分布，并可以用图形的形式进行展示。
这对于工程师来说非常有用，因为他们可以根据这些温度分布来判断材料是否会出现过热或者过冷的问题，从而进行相应的调整。
其次，ANSYS还可以模拟热流量的分布。
在实际工程中，热流量的分布是一个很重要的参数。
通过分析热流量的分布情况，工程师可以判断热量的传输是否合理，从而优化设计，提高效率。
ANSYS可以非常准确地计算出热流量的分布，并提供相应的图像展示，方便工程师观察和分析。
此外，ANSYS还可以模拟热对流传热问题。
热对流传热是指通过流体的对流而传递热量的现象。
在实际工程中，热对流非常常见，比如汽车发动机的冷却系统等。
ANSYS可以根据流体的流动特性和边界条件，准确地计算出热对流传热的情况，并提供相应的结果分析。
这对于工程师来说非常重要，他们可以通过这些结果来评估流体的冷却效果是否达到设计要求。
最后，ANSYS还可以模拟辐射传热问题。
辐射传热是指通过辐射而传递热量的现象，是热传导和热对流之外的一种重要传热方式。
在一些高温环境中，辐射传热非常显著，比如高温工业炉等。
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 Workbench电加热支架结构运输断裂分析
约束和载荷：对电加热支架结构进行受力分析，设置 20kg 质量点的方式来替代电加热的重量载荷。质量点两 端各设置为 10kg，行为设置为 regid 状态，模拟支架在安 装电加热后的载荷状态。最后竖直向下施加默认地球重力 9.8m/s2，并在支架结构四端施加固定支撑处理。
图 1 支架开裂图
1 前处理 常规的 PTC 电加热支架模型见图 2。一般安装在蒸 发器后侧对冷风进行加热控温。支架四端被螺栓固定在 蒸发器侧板上，支架结构 长 2.0m，高 1.2m，板 材 厚 度是 2mm。材料是 Q235 材料，其弹性模量 E=2.00伊105MPa，泊 松比为 u=0.30。材料的屈服强度实测为 235MPa，抗拉强 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
计，采用电加热剖面结构是“几型”的设计，见图 3 所示。
已远超材料极限强度，大概率会发生断裂现象，不满足结
在上述原有载荷的基础上，进行静力学求解处理，结 构强度设计的要求。经过重新优化结构设计，由支架剖面
果见图 4 所示。新支架结构模型在承受电加热重量时，结 “L 型”结构优化设计成“几型”结构，加强了结构刚性。新
结构的屈服强度（241MPa），满足结构强度设计及运输结
该电加热钣金剖面结构是“L 型”结构，在随机振动载荷 构可靠性的要求，见图 5。
下局部结构薄弱位置有很大的应力集中，断裂分析极高。为
经过仿真计算，PTC 电加热旧支架结构在高速公路运
了强化加热器支架结构的刚性，对该钣金结构进行优化设 输载荷下，2sigma 最大等效应力为 719MPa，局部振动应力
ANSYS热应力分析实例
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>Material Porps>Ma terial 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“Main Menu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：3、设定单元尺寸，并划分网格：“Main Menu>Preprocessor>Meshtool”，设定global size为0.125，选择AREA，Mapped，Mesh，点击Pick all。
7.3.2.4施加荷载1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full”，输入5，点击OK，选择管内壁节点；2、在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes”，点击Pick，all，输入对流换热系数1，流体环境温度450。
ANSYS命令流学习笔记6-热应力分析
!ANSYS命令流学习笔记6!热应力分析!学习重点：!1、理解热力耦合的直接法和间接法!间接法：先进行热分析，然后将求得的节点温度作为载荷施加到结构应力分析中。
!直接法：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的结果。
直接法又分弱耦合和强耦合选择强耦合时，形成不对称矩阵，线性系统可以直接求解。
选择弱耦合时，对称矩阵，还是把热和结构分别进行求解，并将热结果施加在结构上，是间接法的变形，至少经过两次迭代。
弱耦合可以保证精度。
!2、如何利用坐标值来选择单元或几何。
熟练应用nsel，lsel，asel命令。
选择不同的单元，指定不同单元类型，或者材料属性!3、后处理强度理论的理解。
不同的材料可以发生不同形式的失效。
而且同一种材料在不同的受力状态下，也可以发生不同的失效模式。
如碳钢单向拉伸，以屈服模式失效。
但制成螺钉时，其根部应力集中引起三向拉伸，会出现断裂。
铸铁单向拉伸断裂失效，但是钢球挤压铸铁板时，接触点三向受压状态，铸铁出现屈服。
无论脆性还是塑性材料，在三向拉应力相近时应用第一强度理论（最大拉应力），以断裂失效判定。
在三向压应力相近时，都会引起塑性变形，采用第三或第四强度理论。
！第三强度理论，最大切应力理论。
各向同性的材料，最大剪应力校核，适用于塑性材料，屈服失效。
偏保守。
σ1-σ3≤[σ]。
莫尔强度理论可以看做第三强度理论的推广，但是实际上莫尔强度理论以试验资料为基础，经过逻辑综合得到的。
！第四强度理论，最大形状改变比能理论，适用于塑性材料的屈服失效，比第三理论适用范围广。
Squa{1/2*[ (σ1-σ2)^2 + (σ2-σ3)^2 +(σ3-σ1)^2 ] } ≤[σ]!案例如下：!某液体管路内部通有液体，外部包有保温层，保温层与空气接触，结构如图2.1所示。
已知管路由铸铁制造，其导热系数为70W/(m·℃)，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，热膨胀系数为1.2×10-5/℃；保温层的导热系数为0.02W/(m·℃)，弹性模量为20GPa，泊松比为0.4，热膨胀系数为1.2×10-5/℃；管路内液体压力0.3MPa，温度为70℃，对流换热系数为1W/(m2·℃)；空气温度为-40℃，对流换热系数为0.5W/(m2·℃)。
断裂力学-ansys
Create)用于指定关键点周围的单元大小，它特别适用于断裂模型。本命令自动围绕指定的关键点产 生奇异单元。命令的其他选项可以控制第一行单元的半径，以及控制周围的单元数目等，图4-5 显 示用 KSCON 命令产生的断裂模型。
图4-5 断裂样本和2D有限元模型 建立2-D模型的其他建议：
尽可能利用对称条件。在许多情况下根据对称或反对称边界条件，只需要模拟裂纹区的一 半，如下所示：
图4-6 利用对称性 为获得理想的计算结果，围绕裂纹尖端的第一行单元，其半径应该是八分之一裂纹长或更 小。沿裂纹周向每一单元最好有30-40角度。 裂纹尖端的单元不能有扭曲，最好是等腰三角形。 4.2.1.2 3-D线弹性断裂问题 三维模型推荐使用的单元类型为 20 节点块体元 SOLID186，如图4-4b所示。围绕裂纹前缘的第 一行单元应该是奇异单元。这种单元是楔形的，单元的KLPO 面退化成 KO 线。 产生三维断裂模型要比二维模型复杂，KSCON 命令不能用于三维模型，必须保证裂纹前缘沿着 单元的 KO 边。 建立三维断裂模型的建议如下： 推荐的单元尺寸与二维模型一样。此外在所有的方向上，单元的相邻边之比不能超过 4：1。 在弯曲裂纹前缘上，单元的大小取决于局部曲率的数值。例如，沿圆环状弯曲裂纹前缘， 在 15-30°的角度内至少有一个单元。 所有单元的边(包括在裂纹前缘上的)都应该是直线。 4.2.2 计算断裂参数 ANSYS中可以计算如下断裂参数： J-积分 应力强度因子（KI, KII, KIII） J-积分的计算要在求解层执行而结果存储在后处理用的结果文件（.rst）中。执行J-积分运算时 ， 要使用CINT命令。应力强度因子的计算要使用后处理器中的KCAL命令。详细信息参见《Numerical Evaluation of Fracture Mechanics Parameters》。
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。
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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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3. 创建几何模型、划分网格 4. 3.1 几何建模
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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。
ANSYS结构分析指南 断裂力学
ANSYS结构分析指南第四章断裂力学4.1 断裂力学的定义在许多结构和零部件中存在的裂纹和缺陷，有时会导致灾难性的后果。
断裂力学在工程领域的应用就是要解决裂纹和缺陷的扩展问题。
断裂力学是研究载荷作用下结构中的裂纹是怎样扩展的，并对有关的裂纹扩展和断裂失效用实验的结果进行预测。
它是通过计算裂纹区域和破坏结构的断裂参数来预测的，如应力强度因子，它能估算裂纹扩展速率。
一般情况下，裂纹的扩展是随着作用在构件上的循环载荷次数而增加的。
如飞机机舱中的裂纹扩展，它与机舱加压及减压有关。
此外，环境条件，如温度、或大范围的辐射都能影响材料的断裂特性。
典型的断裂参数有：与三种基本断裂模型相关的应力强度因子(K I,K II,K III)(见图4-1)；J积分，它定义为与积分路径无关的线积分，用于度量裂纹尖端附近奇异应力与应变的强度；能量释放率(G)，它反映裂纹张开或闭合时功的大小；注意--在本节大部分的图形中裂纹的宽度被放大了许多倍。
图4-1 裂缝的三种基本模型4.2 断裂力学的求解求解断裂力学问题的步骤为：先进行线弹性分析或弹塑性静力分析，然后用特殊的后处理命令、或宏命令计算所需的断裂参数。
本章我们集中讨论下列两个主要的处理过程。
裂纹区域的模拟；计算断裂参数。
4.2.1 裂纹区域的模拟在断裂模型中最重要的区域，是围绕裂纹边缘的部位。
裂纹的边缘，在2D模型中称为裂纹尖端，在3D模型中称为裂纹前缘。
如图4-2所示。
图4-2 裂纹尖端和裂纹前缘在线弹性问题中，在裂纹尖端附近(或裂纹前缘)某点的位移随而变化，γ是裂纹尖端到该点的距离，裂纹尖端处的应力与应变是奇异的，随1/变化。
为选取应变奇异点，相应的裂纹面需与它一致，围绕裂纹顶点的有限元单元应该是二次奇异单元，其中节点放到1/4边处。
图4-3表示2-D和3-D模型的奇异单元。
图4-3 2-D和3-D模型的奇异单元4.2.1.1 2-D断裂模型对2D断裂模型推荐采用PLANE2单元，其为六节点三角形单元。
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言ANSYS作为一款强大的有限元分析软件，被广泛应用于各个工程领域。
在众多领域中，热分析的应用显得尤为突出。
本文旨在探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，并对其优势及实际案例进行详细分析。
二、ANSYS有限元分析软件概述ANSYS是一款集结构、热、流体、电磁等多物理场仿真分析于一体的软件。
其中，热分析是ANSYS的重要应用领域之一。
该软件通过建立复杂的物理模型，利用有限元法对模型进行离散化处理，将连续的物理场问题转化为离散的数学问题，从而求解出模型的温度分布、热流密度等参数。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 模型建立与网格划分在ANSYS中，首先需要根据实际需求建立物理模型。
模型可以是二维的平面模型或三维的立体模型，根据实际情况进行选择。
建立好模型后，需要进行网格划分。
网格的划分对热分析的精度和计算效率有着重要影响。
ANSYS提供了多种网格划分方法，如自动网格划分、映射网格划分等，可以根据模型的特点选择合适的网格划分方法。
2. 材料属性与边界条件设定在热分析中，需要设定材料的热学属性，如导热系数、比热容等。
同时，还需要设定边界条件，如温度、热流密度等。
这些设定对于求解模型的温度分布及热流密度等参数至关重要。
3. 求解与结果分析在完成模型建立、网格划分、材料属性及边界条件设定后，即可进行求解。
ANSYS采用有限元法进行求解，将连续的物理场问题转化为离散的数学问题，求解出模型的温度分布、热流密度等参数。
求解完成后，需要对结果进行分析。
ANSYS提供了丰富的后处理功能，如等温线图、矢量图等，可以帮助用户更好地理解分析结果。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 多物理场仿真：ANSYS不仅可以进行单一的热分析，还可以与其他物理场如结构、流体等进行联合仿真，从而得到更全面的分析结果。
2. 强大的求解能力：ANSYS采用先进的有限元法进行求解，具有强大的求解能力，可以处理复杂的物理模型和边界条件。
毕业设计(论文)换热器热应力耦合及有限元ansys分析
摘要换热器是传热工程必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用。
化工,冶金，动力，交递，航空与航天部门应用尤为广泛。
在底部有热源作用的散热片，主要通过传导与对流进行热交换。
为保证散热片的散热性能达到设计的要求，从而避免电子产品因过热而造成损坏，就需要对其进行热分析，计算在实际工况下的温度分布，校核其散热性能。
因此，对换热器进行热应力耦合分析具有十分重要意义。
传统方法的热分析其温度变化必须是非常的缓慢，而且在升降温过程中的不易控制，难以正确校核其散热性能。
随着计算机技术的发展，使得有限元法有着突飞猛进的进展。
结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。
ANSYS的热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，正确模拟散热片的工况，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由此导出其他热物理参数，为散热片的设计选材提供合理的参数，使产品的研发更加快速、高效和经济。
关键词：换热器；有限元；ANSYS；散热片Heat exchanger coupled thermal stress analysisAbstractHeat transfer engineering is essential equipment to be used almost all industrial fields. Chemical, metallurgical, power, handoff, application of aviation and aerospace sector is particularly extensive. In the bottom of the heat sink effect, mainly through conduction and convection heat exchange. To ensure the heat sink thermal performance to meet the design requirements, so as to avoid overheating of electronic products due to damage to its thermal analysis requiredto calculate the temperature distribution in the actual conditions, check the heat dissipation. Therefore, thermal stress coupled heat exchanger analysis is of great significance. Traditional methods of thermal analysis the temperature change must be very slow, and in heating and cooling process difficult to control, difficult to properly check its thermal performance. With the development of computer technology, finite element method has made rapidprogress. Combined with computer-aided design,finite element method is also used in computer-aided manufacturing. ANSYS thermal analysis is based on the principle of conservation of heat energybalance equation, the correct simulation of the heat sink conditions, the finite elementmethod to calculate the temperature distribution of each node, and thus other thermalphysical parameters derived for the design of heat sink to provide a reasonableselection of parameters Make product development more rapid, efficient and economical.Key Words：Heat control；Finite element；ANSYS；Heatsink目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论............................ .. (1)1.1 引言 (1)1.2 计算机仿真技术的发展 (1)1.3 热分析方法的选择 (2)第二章课题相关知识介绍 (4)2.1散热片知识 (4)2.1.1散热片的材质比较 (4)散热片结构的设计 (4)2.2有限元分析理论与ANSYS (6)有限元分析理论 (6)有限元常用术语 (7)架构及命令 (7)分析典型过程与功能 (8)2.2.5 国内外发展状况 (9)有限元热分析原理 (9)第三章ANSYS三维模拟计算过程 (13)3.1 散热片模型及几何尺寸 (13)3.2 ANSYS有限元分析进程 (14)环境简介 (14)的建模过程 (15)操作条件的确定 (15)边界条件的确定 (15)计算结果与分析 (16)第四章结论 (21)谢辞 (22)参考文献 (23)附录：散热片模型建模程序 (24)第一章绪论1.1 引言热分析主要用于计算一个系统或部件的温度分布及其他热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。
补充材料一断裂力学ansys方法课件
断裂力学ANSYS方法的应用总结
断裂力学ANSYS方法在结构分析中具有广泛的应用，能够模拟复杂的断裂和损伤行 为，为工程设计和安全评估提供重要依据。
该方法在材料、机械、航空航天、土木工程等领域得到广泛应用，为解决实际工程 问题提供了有效的手段。
断裂力学ANSYS方法在模拟复杂断裂和损伤行为方面具有较高的精度和可靠性，但 也需要考虑模型的简化、边界条件的设置等因素对模拟结果的影响。
03
CATALOGUE
ANSYS软件介绍
ANSYS软件概述
01
全球领先的高级工程仿真软件
02 广泛应用于航空、航天、汽车、电子、材料、土 木等领域
03 提供结构、流体、热、电磁等多物理场仿真功能
ANSYS在断裂力学分析中的应用
模拟裂纹的萌生和扩展过程
1
2
评估材料的断裂韧性、应力强度因子等参数
预测结构的断裂行为和寿命
总结词：通过ANSYS软件对金属材料进行断裂 分析，研究其断裂行为和机理。
01
02
详细描述
建立金属材料的有限元模型，并进行网格 划分。
03
04
定义材料属性，包括弹性模量、泊松比和 断裂韧性等。
施加边界条件和载荷，模拟金属材料在不 同条件下的断裂行为。
05
06
分析断裂过程中应力、应变和位移等参数 的变化情况。
断裂力学在工程中的应用
航空航天
飞机和航天器的结构中存在许多裂纹，断裂力学的应用有助于提 高其安全性和可靠性。
船舶
船舶的结构和材料在海洋环境中容易受到腐蚀和损伤，断裂力学的 应用有助于提高其耐久性和安全性。
核能
核反应堆和核电站中的压力容器、管道等设备需要承受高温、高压 和放射性环境，断裂力学的应用有助于确保其安全运行。
ANSYS热应力分析实例
ANSYS热应力分析实例ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以对复杂的物理系统进行分析。
其中之一的热应力分析可以用于评估材料在温度变化下的变形和应力分布情况。
下面将给出一个ANSYS热应力分析实例进行详细说明。
实例场景描述：假设我们有一个高温容器，容器由一种特定材料制成，在加热的过程中，容器内的温度会达到1500°C，我们希望了解容器在这种高温下的变形和应力情况。
实例步骤：1.创建几何模型首先，我们需要在ANSYS中创建几何模型。
可以通过几何建模软件（如SolidWorks）创建一个容器的3D模型，然后将该模型导入ANSYS中。
确保在导入模型时尽量保留几何体的完整性。
2.定义材料属性在进行热应力分析之前，需要提前定义材料的热力学性质。
对于我们的实例中的容器材料，需要知道其热导率、热膨胀系数、Young弹性模量和泊松比等参数。
这些参数可通过材料手册或实验测试获得。
3.设置边界条件在ANSYS中，我们需要设置边界条件以模拟实际工作环境。
对于本实例，我们需要设置容器表面的边界条件为1500°C，同时设置容器底部为固定边界，以防止其在分析过程中移动。
4.进行热传导分析在进行热应力分析之前，需要进行热传导分析。
在这一步骤中，我们需要使用热传导方程计算材料内部的温度分布情况。
这些结果将作为后续热应力分析的输入。
5.进行热应力分析在得到热传导分析的温度分布结果后，我们可以开始进行热应力分析。
在这一步骤中，ANSYS会根据材料的热膨胀系数计算出由温度变化引起的应变，并进一步计算出引起的应力分布。
通过这些结果，我们可以了解容器在高温下产生的变形和应力情况。
6.结果分析与后处理最后，我们需要对热应力分析的结果进行分析和后处理。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以对应力分布、应变分布、变形分布等进行可视化和统计分析。
我们可以通过这些工具来评估容器在高温下的耐受性和结构完整性。
总结：以上是一个ANSYS热应力分析的简单实例，通过分析容器在高温下的变形和应力情况，我们可以评估容器在实际工作环境中的性能。
ANSYS热应力分析实例
ANSYS热应力分析实例热应力是指由于温度变化引起的材料内部应力。
在工程设计中，热应力分析对于预测材料在实际使用条件下的性能至关重要。
ANSYS是一款领先的有限元分析软件，可以在工程设计和分析中进行热应力分析。
本文将介绍一个简单的热应力分析实例，以帮助读者了解如何使用ANSYS进行该类型的分析。
在这个实例中，我们将使用ANSYS来模拟一个由钢材制成的热板，在其表面施加热流。
我们将分析在不同的热流条件下，热板表面的温度分布及由此产生的热应力。
首先，我们需要在ANSYS中建立模型。
我们选择建立一个二维平面应力模型，模型尺寸为2mx1m。
我们为钢材定义材料属性，包括杨氏模量和泊松比。
接下来，我们为模型施加边界条件，固定模型的下边界，模拟一个定量的热流施加在模型的上边界。
然后，我们需要定义热流的边界条件。
我们选择在模型的上边界施加一个固定的热流密度，例如1000W/m^2、我们还需要定义热板的初始温度，通常可以选择室温或其他合适的温度。
接下来，我们进行热传导分析。
在ANSYS中，我们可以通过定义热传导方程和边界条件来模拟热流的传导行为。
我们将求解热传导方程，得到热板上每个点的温度分布。
一旦我们得到了热板的温度分布，我们可以通过热传导方程计算热应力。
热应力是由于温度变化引起的材料内部应力，可以通过考虑材料的热膨胀系数和热导率来计算。
在ANSYS中，我们可以使用热应力分析模块来计算模型中每个点的热应力。
最后，我们可以通过后处理功能来查看热板表面的温度分布和热应力分布。
我们可以将结果可视化为温度云图和热应力云图，以便更直观地理解热应力的分布情况。
我们还可以提取特定点的温度和热应力数值，以帮助评估热板在不同热流条件下的性能表现。
总的来说，热应力分析是工程设计中非常重要的一部分，能够帮助工程师预测材料的性能并优化设计。
ANSYS作为一款功能强大的有限元分析软件，可以帮助工程师进行精确的热应力分析，并提供丰富的可视化和后处理功能。