热结构耦合分析的例子
ABAQUS顺序热力耦合分析实例
ABAQUS顺序热力耦合分析实例此实例中需要确定一个冷却栅管的温度场分布。
温度场的求解采用稳态热分析，在此之后还将进行热应力分析来求出冷却栅管在温度作用下产生的位移和应力分布。
由于冷却栅管比较长，并且是轴对称结构，根据上述特点，可以简化有限元分析模型。
此实例中使用国际单位制。
1、part中创建轴对称可变形壳体，大致尺寸为1，通过creat line创建一个封闭曲线（0.127,0）（0.304,0）（0.304,0.006）（0.152,0.006）（0.152,0.031）（0.127,0.031）（0.127,0）使用creat Fillet功能对模型倒角处设置0.005的倒圆角。
倒角后，模型并未改变，需要在模型树中，part下的Features右键，Regenerate，最终模型如下图所示。
2、在材料模块中定义密度7800，弹性模量1.93E11，泊松比0.3。
所不同的是，热分析还需要指定热传导系数以及比热。
在Thermal里输入参数，热铲刀系数25.96，比热451。
3、创建截面属性以及装备部件，和普通的静力分析设置一样。
4、Step有所不同，分析类型仍为通用分析步，下面要更改为Heat Transfer。
在Edit Step窗口中，使用默认的瞬态分析（Transient），时长设置为3s。
切换到Incrementatin进行相应的设置，如下图。
5、Load模块中，设置左边温度为100度，右边及上边温度为20度。
Creat BC，类型选择Other>Temperature。
在纯粹的热传导分析方程中，没有位移项，因此不会发生刚体位移，这里也就不需要设置位移边界条件。
6、接下来划分网格，种子尺寸给0.005，单元类型需要在单元族中选择专门用来热分析的Heat Transfer，查看下面确保使用的单元为DCAX4。
使用结构化的全四边形网格划分方法。
7、到此，热分析的设置已经完成，可以提交计算，完成后，查看变量NT11即为节点温度。
热-结构耦合分析
热－结构耦合分析1 前言增压器的工作原理是，通过发动机废气推动涡轮叶轮高速旋转，吸收发动机排气的能量，同时带动同轴的压气机叶轮，压缩新鲜空气到发动机气缸内，起到增压的目的。
涡轮叶轮不仅承受着高转速所带来的离心力作用，还要面对发动机所排出的700℃左右的高温，因此涡轮叶轮的可靠性就显得尤为重要。
一般的涡轮叶轮采用镍基高温耐热合金材料，有良好的高温机械性能，但由于其密度大，直接影响增压器的加速性。
采用轻质材料可以大幅度提高增压器瞬态响应性，但材料的高温特性还需要进一步验证。
本文讨论涡轮叶轮采用钛铝合金后，针对试验前期的强度计算、试验结果分析以及试验后再进行的强度验算等情况的变化，进行了分析和总结，同时根据分析结果修改了叶轮设计过程的强度计算方法，进一步提高了设计准确度。
2 涡轮叶轮结构、材料特性和计算边界条件本文研究的涡轮叶轮为向心混流式叶轮，叶轮最大直径为136.2mm，叶片由12 片组成，整个叶轮重量在采用了钛铝合金材料后，由原来的2.4 公斤减为1.15 公斤。
该材料密度为3.9g/cm3，常温下屈服强度σp0.2＝452MPa，抗拉强度σb＝533Mpa，随温度变化趋势图见图1，材料性能如表1 所示。
图1 钛铝材料抗拉强度、屈服强度趋势图表1 TiAl 涡轮叶轮材料性能为了降低计算规模，根据涡轮叶轮旋转对称结构的特点，在计算过程中取叶轮的1/12 模型，设置周期性边界进行计算、分析。
网格选用8 节点六面体实体单元SOLID45，在叶片的圆角处进行了网格细化，同时根据实际情况定义了位移约束。
3 试验结果分析涡轮叶轮采用钛铝合金材料后，为验证其可靠性，进行了超速破坏试验，当增压器转速达到90000 转/分钟后，涡轮叶轮发生断裂，如图2 所示。
经初步分析，叶轮可能是从轮背与轴的交界处开始断裂的，断裂位置如图3 所示。
图2 TiAl 涡轮叶轮破坏情况图3 TiAl 涡轮叶轮断裂位置试验结果和前期设计过程中叶轮静强度计算结果对比发现，叶片最大应力集中的区域，并不在试验样件断裂的位置，最大应力集中区域为图4 标识区域中叶片根部，为605.259MPa，实际断裂位置为470.962MPa。
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。
钛合金轻质枪管热-结构耦合分析
ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｈ ｒ ｇ ａ ｗａ ｉ ｅ ａ ｅ ｎ ＡＮＳ ａ ａ ｔｒｄ ｓｇ ａ ｇ ａ ｅ Ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｄ ａ ｄ ｔａ ｓ ｅ ｔｓｒ ｓ ｌ ｙ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｓｗｒｔ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｔ ＹＳ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｅ ｉ ｎ ｌ ｎ ｕ ｇ ． ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｆ ｌ ｎ ｒ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｒ ｓ ｏ ｓ ｆ ｔ ｉ ｇ ｎ ｂ ｒ ｅ ｓ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｎ ｅ ｈ ｙ ｌ ｃ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｌｐ ｌ ｅ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｓ ｕ ａ ｒ ｌｗａ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｃ ｃ ｉ ａ ｔｏ ｆｈ ｇ － ｒ ｑ ｅ ｃ ｙ ａ ｃ ｔ ｅ ｍａ ｕ ｓ ｎ ｙ ａ ｃ ｈ ｃ
基 于 Ａ Ｓ Ｓ平 台的枪 管热一 Ｎ Ｙ 结构 耦合 分析模 型 采用 直接 耦合 方 法 ， 利用 Ａ Ｓ Ｓ参数化设 计语 言 （ Ｐ Ｌ 编程 计 算 ＮＹ ＡＤ） 枪管 在 高频动 态热 脉 冲和动 态压 力循 环作用 下 的温度 场和 瞬态应 力 响应 ，并对 计 算结果 进行 实验验 证 。研 究结果表 明 ：热脉 冲和压 力脉 冲 的耦 合作 用显 著：钛 合金 的材料 性 能能 满足枪 管 的设 计要 求 。 关键 词：钛合 金 轻质枪 管； 直接耦 合 ；有 限元； 瞬态应 力
液压轮胎硫化机热结构耦合分析
－ 一 ０ ｆｋ ） 一 ￣ （
边 界条 件如 下 ：
Ｔ（ Ｙ， ）一 ｚ， ｚ， ￡ ）
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
电池组热力耦合分析
电池组热力耦合分析本例展示基于热-结构耦合的热力耦合分析。
1 问题设定一块电池组，尺寸为70mm x 175mm x 400mm。
对模型进行适当简化，保留主体电芯和PC部分，约束电池组底部Z方向，电芯部分给定生热源，电池组外表面给定自然对流散热边界条件，模拟电池组温度变化和应力变化。
由于需要进行实时热力耦合分析，因此电池，PC材料等采用实体建模，设定相关的coupling耦合单元和tie约束，建立电芯和PC材料之间的接触关系（包括热接触）。
本案例用到的附件包括：Battery1003_heat.cae 稳态热力耦合分析2 分析过程一般来说，针对热力学问题，通常有顺序耦合和完全耦合两种方法。
顺序耦合是先进行热传导分析，得到温度分布结果，然后把温度分布结果映射到结构分析模型上。
完全耦合则是直接在abaqus中直接给建立的coupled temp-displacement分析步，完全实时同步计算温度变化和应力变化，并可考虑温度和结构变形之间的互相影响。
2.1 有限元计算2.1.1 几何处理在CAD软件中进行简单处理后，导入Abaqus中，需要对零件进行几何清理和修复，删除不必要的细节特征。
2.1.2 赋予材料属性根据不同材料电池，PC等赋予相应的材料参数，注意因为这里需要进行完全热力耦合分析，因此材料参数必须同时具有力学参数和热学参数，包括：密度，弹性模量，泊松比，塑性曲线，热膨胀系数，热导率，比热等，如下图所示：2.1.3 模型装配在Abaqus中装配的模型，通在CAD软件中装配位置关系完全一致。
如果在CAD软件中已经装配即可。
这里由于单个电池芯模型一致，因此为减小前处理工作量，在Abaqus 中对单个电芯进行阵列处理，后期只需要分析修改单个电芯模型，整个装配体所有电芯模型自动更新。
2.1.4 定义相互作用根据模型需要，定义相关接触关系和耦合约束等等。
如下所示：定义接触属性：在Interaction模块，点击Create Interaction property，选择contact，进入Edit contact property窗口，分别定义Tangential behavior 中设定0.1的摩擦系数，以及Thermal conductance 中的接触热传导参数，如下图所示：自动搜索接触对: 由于需要考虑电芯和PC材料之间的接触和接触热传导，而电芯数量较多，如果单独制定面面接触，需要较大工作量，因此可以采用Abaqus/CAE中较为方便的自动搜索接触对功能。
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
Advanced Contact & Fasteners
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
jobname.rth
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。
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。
电磁炉加热水分析—电磁 热 结构耦合分析
电磁炉加热水分析—电磁热结构耦合分析大龙猫1月17日1403ANSYS作为一个强大的耦合场分析软件，其多个场的模拟分析可以很好的结合，下面以电磁炉加热一碗水为例，模拟耦合场的经典应用.注意：模拟中用到的分析数据包括电磁线圈频率、电流、线圈圈数、导线面积、电流密度、材料参数和散热系数等相关分析均为假设数据，真实数据请查阅相关资料或根据产品性能添加。
实例介绍：电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的。
电磁炉的炉面是耐热陶瓷板，交变电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，它利用高频的电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，当磁场那磁力线通过导磁（如：铁质锅）的底部，会产生无数小涡流（一种交变电流，家用电磁炉使用的是15-30KHZ的高频电流），使锅体本生自行高速发热，达到加热食品的目的。
图2 电磁炉加热基本原理1.分析模型介绍模型建立为一个底部圆环模拟线圈，其上一个平板模拟陶瓷板，其上铁碗，碗中半碗水，为了便于网格划分和后续的分析，将模型分割为对称的4个部分如图3所示.2.分析过程在Workbench中建立耦合场的分析流程，使用Magnetostatic建立磁场分析模块，使用瞬态热分析模块读取磁场分析的功耗，查看水升温的时间，建立结构分析模块读取热分析的温度分布，来获取结构相关的结果。
2.1电磁场分析底板线圈使用电流密度添加电流模拟线圈电流，这样在线圈上不会产生涡流效应导致的电流分布不均匀现象，其值为I=单根导线电流*线圈圈数/线圈截面积，由于线圈为高频交流电，根据电磁理论在碗底的铁质体上产生涡流，靠涡流生成的电流来加热碗底，并可以读取相应的热生成功率。
分析中注意的事项：1.加载电流密度的圆环模型要建立圆心的圆柱坐标系，将其模型坐标系为圆柱坐标系，Y轴为圆环的圆周方向，模拟电流的流向，如图5所示。
2. 静态磁场分析默认为117单元，是不产生涡流效果的，可以更改模型的单位类型关键字，将碗底的模型单元更改为117,1单元，或者更改为236单元，设置相应的关键字。
热力耦合仿真实例
热力耦合仿真实例热力耦合仿真是一种涉及温度场和应力场等多物理场相互作用的复杂仿真过程。
下面是一个简化的热力耦合仿真实例，以帮助您理解这一过程：实例：刹车盘的热应力分析1. 问题描述：在机动车刹车过程中，刹车片和刹车盘之间的摩擦会产生大量的热。
这种热量不仅会影响刹车片的材料性能，还会对刹车盘产生热应力，进而影响刹车性能。
本实例旨在分析刹车盘在刹车过程中的热应力分布。
2. 仿真模型：刹车盘材料：钢外径：135mm内径：90mm厚度：6mm刹车片材料：树脂加强的复合材料厚度：10mm内径：101.5mm外径：133mm为简化分析，我们选择刹车盘的一面（厚度3mm）进行分析，并命名为“down-disk”。
3. 仿真步骤：a. 建立几何模型：使用仿真软件（如Ansys、Abaqus等）创建刹车盘和刹车片的几何模型。
b. 定义材料属性：为刹车盘和刹车片定义相应的材料属性，如热导率、比热容、弹性模量、泊松比等。
c. 设置边界条件：定义刹车盘和刹车片的初始温度、刹车过程中的摩擦系数、刹车压力等。
d. 网格划分：对模型进行合适的网格划分，以确保仿真的准确性。
e. 进行热力耦合仿真：首先进行热分析，计算刹车过程中的温度分布；然后将温度分布作为载荷，进行结构分析，计算热应力分布。
4. 结果分析：通过热力耦合仿真，我们可以得到刹车盘在刹车过程中的温度分布和热应力分布。
分析结果可以帮助我们了解刹车盘的热性能，以及热应力对刹车性能的影响。
根据分析结果，我们可以对刹车盘的设计进行优化，以提高刹车性能和安全性。
这只是一个简化的实例，实际的热力耦合仿真可能会涉及更复杂的模型和更多的物理场相互作用。
但通过这个实例，您可以对热力耦合仿真的基本流程有一个初步的了解。
风电制动器的热—结构耦合分析
【 摘 要】 针对制动器紧急制动时制动盘的旋转运动规律 ，根据风电制动器的实际结构和热传导 的基 本理 论 ， 立 了制动 盘的 温度 场的数 值模 型 ， 出了循 环迭代 的 计算 方法 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元软 建 提 并 ＮＹ 件模 拟 了制动 盘的温度 场。将 温度场 中的热单元 转化成结 构单元 实现 热一 结构的 间接耦 合 ， 用 １４单 采 ８ 元 刚性 梁特性 来带动制 动盘 转动 ， 而来模 拟制动 盘 的减速 运动 ， 充 分考虑 温度 场和 应 力场 的耦合 从 在
３５ ． ４ ４． ５
Ｚ． ５
３
时 间 （） ｓ
前三条曲线的等效应力要小 ，这主要是因为前 面三条 曲线的点刚
好 在 制 动摩 擦 区域 （ 置处 于径 向半 径 Ｒ （０ ， ０ ） 间 ）这 个 位 ＝ ２０， ０ 之 ． ４ ，
（） ｂ
图 ４ Ｚ ０ ｐ０ 时 间 ￡０ 时 制 动盘 上 不 同半 径 点 的温 度 时变 图 ＝ ，１（ ＝）
ｓ ｔａｅｔｅｂａｅｄｓ ｍ ｅａｕｅ ｅｄｉｓ ｌｅ ｏｖｒｔｅｔｅｍ ｌ ｎｔｎｔｍ ｅａｕｅ ｅｄｉｔ ｏ ｗ ｒ ｈ ｒ ｉ ｔ ｐｒｔｒｆ ｌ ｉ ａ ｄｔ ｃｎｅｔｈ ｒ ａ ｕｉｉ ｅ ｐ ｒ ｒｆ ｌ ｏ ｆ ｋ ｃｅ ｉ ｓ ｍｕ ｔ ｏ ｈ ｔ ｉ ｎ ｓ ｕ ｔｒｌｕ ｉ ｔ ａｈｅｅｔｅｉｄｒｃ ｃｕ ｌ ｇ ｏ ｅｍ －ｔ ｃｕｅ ａｗ ｉ ｙａ ｏ ｔ ｇ ｔｅ １４ ｕ ｉ ｔ ｃｕａ ｎｔ ｏｃ ｉ ｈ ｎ ｉ ｔ ｏｐ ｉ ｔ ｒ ａ ｓ ｕｔｒ． ｎ ｈｌ ｂ ｄｐ ｉ ｎ ｒ ｖ ｅ ｎ ｆｈ ｌ ｒ Ｍｅ ｅ ｎ ｈ ８ ｔ ｗ ｔ ｉ ｄｂ ａ －ａｕｅｔｅｒｔ ｉ ｉ ｓｄｉｅ ｏ ｅ ｈ ｒ ｅｄ ｃ ｎｏｄ ｒｔ ｓ ｌ ｅｔｅｄ — ｉ ｒ ｉ ｅｍ 厂ｔ ｒ ｈ ｏａ ｎ ｄｓ ｉ ｒ ｎ ｔ ｒｔ ｔｅｂａ ｉ ｉ ｒｅ ｉ ａ ｈ ｅ ｈ ｇ ｅ ｔｇ ｃ ｖ ｏ ａ ｔ ｋ ｓ ｏ ｍｕｔ
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。
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。
热固耦合案例
热固耦合案例
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊超级有趣的热固耦合案例呀！你知道吗，就好像一场精彩的魔术表演一样。
比如说在航空领域，飞机那可是要在各种极端环境下飞行的呀！高温、高压，这时候热固耦合就起到了至关重要的作用。
想象一下，飞机的机翼在高空飞行时，一边要承受强大的气流冲击，一边又要面临温度的急剧变化，这就好像一个勇敢的战士在战场上既要奋勇杀敌，又要抵御恶劣天气一样。
如果没有很好地处理热固耦合问题，那后果简直不堪设想啊！难道不是吗？
再看看汽车制造行业，发动机在工作的时候会产生大量的热量，同时还要承受各种机械应力。
这不就是像一个运动员在全力奔跑的同时还得抵御外界的拉扯吗？热固耦合在这里就像是一个贴心的伙伴，帮助工程师们找到最佳的设计方案，让汽车既高效又可靠，开起来那叫一个爽！
还有啊，在电子设备中，小小的芯片也有着热固耦合的问题呢！芯片运行时会发热，而它自身的结构又要保证稳定，这多像一个小精灵既要尽情跳舞，又不能失去平衡呀！
热固耦合就是这样无处不在，影响着我们生活的方方面面。
它既给我们带来了挑战，也带来了机遇。
我们不能忽视它，而要勇敢地去面对它、研究它，就像我们勇敢地去追求自己的梦想一样！让我们一起深入探索热固耦合的奇妙世界吧，我坚信我们会在这个过程中发现更多的惊喜和奇迹！
总之，热固耦合真的太重要了，我们得重视起来呀！。
ANSYS 高清晰 精品资料：第21章 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。
高地温隧洞热—结构耦合分析
２ ７１ 固结 灌浆 范 围内 围岩弹性模 量 Ｅ ＝８Ｇ ａ 泊 松 ． Ｉ Ｔ Ｐ， 比 ＝ ． ５ 导热 系数 Ａ＝ ． （ ＩＫ） 线 膨 胀 系数 ０２ ， ３ ５ ｗ／ １・ ， Ｔ
＝
０ ５× ０ ℃ ； 岩 弹 性 模 量 Ｅ ＝ Ｐ ， 松 比 ． １ 。／ 围 ５Ｇ ａ 泊
砌 开裂 ， 重 影 响 隧洞 的稳 定 性 ， 时 甚 至使 掘 进 严 有
工作 无法 进 行 。 隧 洞 内的 高 温 高 湿 将 导 致 机 械 设 备 的工作 条 件 恶 化 ， 率 降 低 ， 障 增 多 。 由 于 某 效 故 引 水隧 洞在 １ 支洞 下 游 （ 号 约 Ｋ 桩 ０＋９ ２～Ｋ ７ １十 ５ ０２ 处） 穿过 热水断 层 ， 支洞 开挖及 引水 隧洞 主洞 开挖 和 １ 支 护均受 到热水 断 层带 影 响 ， 洞 段 出 现 高地 温 及 温 该 泉 涌水 ， 高水 温 ７ ℃ ， 最 ８ 严重 影 响 了施 工 工作 的开展 。
～
０ ２ ， 热 系 数 Ａ＝３ ５Ｗ／ Ｉ・ ， 膨 胀 系 数 Ｏ ＝ ．５ 导 ． （ｎ Ｋ） 线 ｔ
０ ４×１ 。／Ｃ。 计 算 工 况 ： 砌 结 构 ４ ｍ、０ ｃ 时 ， ． ０ ｏ 衬 ０ ｃ ６ ｍ
分 别计算 了受 地温影 响 和不受 地温影 响时 隧洞检 修工
况 、 常 运 行 工 况 ， 中受 地 温 影 响 时 对 应 了 混 凝 土 浇 正 其 筑 温 度 在 ２ ℃ 、０ 两 种 情 况 。 ０ ３℃ １ ２ 计 算 图 形 （ 图 １～图 ３ ． 见 ）
摘 要 ： 分析 某 引水 隧道 区域 工程 地质 情 况的基 础上 ， 用有 限元 分析软 件 ， 用热学理 论模 拟温度 场 ， 在 运 采
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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
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/title,thermal stress in concentic cylinders-indirect method
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ldread,temp,,,,,,rth
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pmap,,mat ！设置路径映射来处理材料的不连续
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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。