ansys 热 结构耦合分析
《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，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。
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。
ansys多物理场耦合技术和方法
ANSYS是一种广泛应用于工程领域的仿真软件，它提供了多物理场耦合分析的能力，用于模拟和解决多个物理现象相互作用的问题。
以下是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些常见应用：1. 结构-热耦合（Thermo-Structural Coupling）：这种耦合方法用于分析结构在热载荷下的变形和应力响应。
它可以考虑热传导、热辐射、温度梯度等对结构性能的影响，并通过结构和热传导方程之间的相互作用来解决这些问题。
2. 结构-电磁耦合（Electromagnetic-Structural Coupling）：这种耦合方法用于研究结构在电磁场作用下的响应。
它可以考虑电磁场的电流、磁场、电磁感应等对结构的影响，并通过结构和电磁场方程之间的相互作用来解决这些问题。
3. 流体-结构耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）：这种耦合方法用于模拟流体和结构之间的相互作用。
它可以考虑流体力学中的压力、速度、湍流、流体-固体界面等对结构的影响，以及结构对流体的阻力、振动等反馈作用。
4. 流体-热耦合（Fluid-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟流体和热传导之间的相互作用。
它可以考虑流体在流动过程中的热对流、辐射等对热传导的影响，以及热传导对流体温度分布的影响。
5. 电磁-热耦合（Electromagnetic-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟电磁场和热传导之间的相互作用。
它可以考虑电磁能量的吸收、热产生和热扩散等对系统温度分布的影响，以及温度对电磁特性的影响。
以上只是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些例子，实际中还有其他类型的耦合分析，如声-结构耦合、声-流体耦合等。
通过使用这些耦合技术和方法，工程师可以更准确地模拟和分析不同物理场之间的相互作用，从而更好地优化设计和解决实际问题。
ansys热流双向耦合+结构单向耦合
ANSYS软件是一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域的热流双向耦合和结构单向耦合分析。
本文将从热流双向耦合和结构单向耦合的基本原理、ANSYS软件的应用方法以及应用案例等方面进行介绍和分析。
一、热流双向耦合的基本原理1. 热流双向耦合是指热传导和流体流动之间相互影响的耦合分析方法。
2. 在热流双向耦合分析中，热传导和流体流动之间存在相互影响的物理过程。
热传导会导致流体的温度分布发生变化，而流体的流动又会影响热传导的过程。
3. 热流双向耦合分析可以用于模拟汽车发动机的冷却系统、航空发动机的燃烧室等工程问题，对于研究热传导和流体流动之间的复杂耦合现象具有重要意义。
二、结构单向耦合的基本原理1. 结构单向耦合是指结构应力和温度之间的单向耦合分析方法。
2. 在结构单向耦合分析中，结构的应力状态会随着温度的变化而发生变化，而温度的变化不会受到结构应力的影响。
3. 结构单向耦合分析可以用于模拟航空航天器在进入大气层时的热应力行为、电子器件的热机械性能等工程问题，对于研究结构应力和温度之间的复杂耦合现象具有重要意义。
三、ANSYS软件的应用方法1. ANSYS软件是目前应用最为广泛的有限元分析软件之一，具有强大的热流双向耦合和结构单向耦合分析功能。
2. 在进行热流双向耦合分析时，可以利用ANSYS软件中的流体动力学模块和热传导模块进行耦合求解，得到热传导和流体流动的相互影响结果。
3. 在进行结构单向耦合分析时，可以利用ANSYS软件中的结构分析模块和热分析模块进行耦合求解，得到结构应力和温度之间的单向耦合结果。
四、应用案例分析1. 以汽车发动机冷却系统为例，可以利用ANSYS软件进行热流双向耦合分析，研究冷却水在发动机中的流动和散热过程，为发动机的热管理设计提供依据。
2. 以航空航天器进入大气层时的热应力行为为例，可以利用ANSYS 软件进行结构单向耦合分析，研究航空航天器在高速进入大气层时的热应力分布，为材料选型和结构设计提供依据。
ANSYS经典_M07热-应力耦合分析
热-应力分析
…顺序耦合
d) 施加结构载荷并把温度作为载荷的一部分.
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
Solution > -Loads- Apply > -Structural- Temperature > From Therm Analy 或使用 LDREAD 命令 e) 求解. f) 查看应力结果.
January 30, 2001 Inventory #001441 7-2
热-应力分析
A. 概述
热应力的产生 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—如位移受到约束或施 加相反的力—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-应力分析
… 顺序耦合 和 直接耦合 的比较
顺序耦合
– 对不是高度非线性的耦合情况, 顺 序方法更有效,更灵活,因为可 以相互独立地执行两种分析. – 在顺序热-应力分析中,例如,在 非线性瞬态热分析之后可以紧接 着进行线性静力分析. 然后可以 把热分析中任意荷载步或时间点 的节点温度作为应力分析的载荷.
1. 首先做一个稳态 (或瞬态) 热分析
建立热单元模型 施加热载荷 求解并查看结果 2. 然后做静力结构分析 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属性. 施加包括从热分析得到的温度在内的结构载 荷 求解并查看结果
热分析
jobname.rth 温度
结构分析
jobname.rst
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
(最新整理)ANSYS热分析详解
(完整)ANSYS热分析详解编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)ANSYS热分析详解）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)ANSYS热分析详解的全部内容。
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：dt dU q =,即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
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
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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）。
ansys热耦合计算
ansys热耦合计算
标题：Ansys热耦合计算：解析真实世界中的热力学问题
热耦合计算是一种重要的工程分析方法，可以帮助工程师们解决各种与热力学相关的问题。
通过Ansys软件的强大功能，我们可以模拟和分析真实世界中的热耦合问题，从而更好地理解和优化热力学系统。
在进行热耦合计算时，我们首先需要建立一个准确的模型。
通过Ansys的建模工具，我们可以将真实系统中的各种热传导、热辐射和热对流等热传输机制准确地建模，并设置合适的边界条件和初始条件。
接下来，我们需要选择适当的数值方法来求解热耦合问题。
Ansys 提供了多种求解器和求解算法，可以根据具体问题的特点来选择最合适的方法。
通过对求解器进行设置和调节，我们可以提高计算效率并得到准确的结果。
在进行热耦合计算时，我们还需要考虑材料的热性质和热边界条件的影响。
Ansys提供了丰富的材料数据库，可以方便地选择和设置材料的热性质。
同时，我们还可以通过设置边界条件来模拟不同的热辐射和热对流条件。
通过Ansys的热耦合计算，我们可以获得系统中各个部分的温度分布和热流分布等重要信息。
这些结果可以帮助我们更好地理解系统
的热行为，并做出相应的优化和改进。
例如，我们可以通过改变材料的热性质或调整边界条件来改善系统的热传输性能。
Ansys的热耦合计算为工程师们提供了一个强大的工具，可以帮助他们解决各种与热力学相关的问题。
通过准确地建立模型、选择合适的数值方法和设置适当的边界条件，我们可以模拟和分析真实世界中的热耦合问题，为工程实践提供有力支持。
让我们一起利用Ansys的强大功能，解析真实世界中的热力学问题，推动工程技术的发展！。
ansys热耦合计算
ansys热耦合计算
热耦合计算是指在工程领域中使用ANSYS软件进行热传导和结
构力学之间相互影响的计算。
在进行热耦合计算时，需要考虑热量
对结构件的影响以及结构变形对温度场的影响，这种相互作用在许
多工程领域中都是非常重要的。
首先，在进行热耦合计算时，需要建立一个合适的模型。
这包
括定义材料属性、边界条件和载荷，以及确定模型的几何形状和尺寸。
在ANSYS中，可以使用各种建模工具和预处理器来完成这些任务，确保模型准确地反映了实际工程情况。
其次，进行热耦合计算时需要定义热传导方程和结构力学方程。
热传导方程描述了热量在材料中的传播方式，而结构力学方程描述
了结构件在受力作用下的变形情况。
在ANSYS中，可以使用热传导
模块和结构力学模块来设置这些方程，并进行求解。
另外，热耦合计算还需要考虑热应力和热变形。
当材料受热膨
胀或收缩时，会产生热应力和热变形，这对结构件的性能和稳定性
都会产生影响。
在ANSYS中，可以通过设置热应力和热变形的边界
条件来模拟这些效应，并进行分析和评估。
最后，在完成热耦合计算后，需要对结果进行后处理和分析。
这包括对温度场、热应力、结构变形等进行可视化和评估，以便工程师能够了解结构件在热载荷下的响应情况，并进行进一步的优化和改进。
总之，热耦合计算是一项复杂而重要的工程分析任务，通过使用ANSYS软件进行热耦合计算，工程师能够更好地理解和预测热载荷对结构件性能的影响，从而指导工程设计和优化。
用ANSYS进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结
采用ansys进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结温度场和结构的耦合有两种：间接和直接。
间接法，可以理解为先做温度场的分析，再做结构的分析，其中要引入温度场分析的结果。
在不同的分析里，单元的性质是不同的，但DOF一定要一致。
直接法，和上述方法不同的地方是，单元是直接就定义为含有温度和结构耦合的单元，然后直接做分析，即不需要分为两个步骤。
瞬态分析，一样可以用上述两个方法。
只是运用第一个时要十分清楚载荷步与分析的关系，虽然比第二种灵活，但处理起来也十分麻烦。
在做温度场的瞬态分析，根据需要，在合适的载荷步停顿，做结构分析（如果想省去单元定义转换的麻烦，那么就定义physics环境切换）。
做完结构分析，再开启温度场分析（一样要转换环境），这里为确保从某一载荷步出发，我们用FLOCHECK,2，然后继续加载边界条件求解。
耦合的过程很公式化，但是要让其符合你的要求，就要很小心数据的提取。
还有一个问题，结构分析时需不需要删除热边界条件。
需要删除热边界条件，比如对流等等。
一般情况下，不考虑变形对温度的影响（因为特别小），采用间接耦合，即先计算温度场，然后读取温度场结果，进行结构分析。
........................载荷步是为了表达随时间变化的载荷，也就是说把载荷—时间曲线分成载荷步。
这是瞬态与稳态分析最大的不同。
分析时对于每一个载荷步都要定义载荷值和对应的时间值。
而分析类型应定义为瞬态分析，每计算一个载荷步时，都要删掉上一个载荷步的温度，除非这些节点的温度在瞬态与稳态分析中都相同。
至于单元，个人推荐使用SOLID62，无论是分网还是施加载荷都比教方便，基本可满足各类瞬态分析计算条件。
......................首先了解一个概念，顺序耦合或是直接耦合的选择是针对不同的问题选择的，一般地，当温度变化对于结构的力学影响相对很小的时候，也就是说可以忽略的情况下，我们称之为单向弱耦合，此时采用顺序耦合很方便，例如焊接过程，这样可以节省分析时间！而对于诸如车的制动系统即车闸盘与闸片的接触，在制动过程中，由于闸片与闸盘的摩擦生热会影响两者的接触，同时由于闸盘的减速对闸片的生热也会有很大影响，所以两者是强耦合，只能采用直接耦合！你需要选择合适的耦合方法才能更好的求解你的问题！从实际情况来讲，直接耦合是最接近现实的耦合方法，但同时求解也会存在困难性！你的模型如果是热力过程同时进行的话，那么这个求解过程无疑是瞬态的，每一点每一时刻的温度值都是需要读入力学分析中的相应时刻的，不存在“静态力分析和瞬态热分析的过程！当然，如果你的分析过程是模型先受热后才开始力载荷的作用，那可以进行”静态力分析“，此时你的模型热分析的温度值你只需对最终的温度值以载荷形式赋与结构分析中去，当然，这种过程也就不叫做耦合了！.....................顺序法热力耦合的基本思路是：在热载荷作用下温度场分析的过程，是热梯度分布渐变的过程。
Ansys电机电磁(Maxwell)、热(Fluent)耦合分析流程演示文稿
• 启动Maxwell
• 导入Maxwell文件后会形成一个Maxwell分析系统 • 启动Maxwell
• 双击Maxwell分析系统中的solution
ANSYell）、热（Fluent）耦合分析流程
• 更新Maxwell项目
•右键点击solution •选择Update
Stator
Shaft
ANSYS 中国
Magnets
Rotor
w2
电机电磁（Maxwell）、热（Fluent）耦合分析流程
• Fluent项目
•The Maxwell project contains a 3D mesh model of a ITRI motor •The setup of this motor has already been partially done •注意：考虑到设置效率，建议对Fluent的设置在Workbench外完成，特别是当网格是 四面体，并希望在FLUENT中转化为多面体网格时。在Workbench下Fluent的所有操作 都会被记录，并在重新打开时重新运行所有操作，非常费时。所以建议在Workbench 外将Fluent设置好，这样在Workbench内打开时较为节省时间。
• 由于此处采用现有的Maxwell项目，所以只需要在Workbench中导入即可。用户也 可以新建一个项目，并进行重新设置。
• 导入Maxwell文件 • 菜单栏 File > Import • 更改文件类型为Maxwell Project File (*.mxwl) • 通过导航确定输入文件的位置 • 选择文件“modified.mxwl” • Open打开
• 该教程已经提供了一个完整的CFD案例，并且已经设置好，此处只需要导入，并 设置损耗的映射即可。
ANSYS--热力耦合分析单元简介
ANSYS--热力耦合分析单元简介挑选了部分常用的，希望能方便大家的使用，其中自己翻译了一部分，不准确之处还望见谅，大家还可以继续补充哦！：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。
Ansys--热耦合
ansys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电热耦合分析
一、Electric-Thermal AnalysisANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应（Joule heating）、塞贝克效应（Seebeck effect）、珀尔帖效应（Peltier effect）、珀尔帖效应(Thomson effect)。
我们这里的分析主要是Joule heating分析，即通电产生热量，用于加热双层薄片。
1. ANSYS电-热耦合知识点1.1、Element DOFs选项：UX, UY, UZ, and TEMP：可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示，其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements，专用于Joule heating effects，SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。
For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1；For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set KEYOPT(1) to 110。
1.2、Material Properties设置：对于Joule heating effects，需要设置材料参数：电学参数：electric permittivity电阻率RSVX、RSVY、RSVZ热学参数：thermal conductivity导热系数KXX, KYY, KZZ若考虑瞬态热效应，需设置密度DENS、比热C或焓ENTH1.3、Load载荷设置：设置Applied Voltage or Current设置对流、辐射、传热等边界条件1.4、Solve求解进行ANSYS三维电热分析，选择SOLID69单元，为专用于焦耳热分析的单元，只需设置电阻率RSVX、导热系数KXX，加载电压VOLT、对流系数CONV即可进行求解，不考虑加热元件本身的热变形；选择SOLID98，除以上参数外，还可以设置弹性模量EX、泊松比PRXY、热膨胀系数ALPX，即可分析加热元件本身的变形。
Ansys热固耦合分析及参数化设计
Ansys Workbench热固耦合分析及参数化设计机械安装或者发热的零件经常需要知道受热后变形及热应力，常规的计算很难满足要求，目前可以利用有限元软件进行热固耦合计算，查看所需的结果问题描述：内轴直径∅50mm，外环与内圈最大有0.025mm的一个过盈量，采用热套的方式进行装配，试确定外环需加热到多少温度？1、打开软件，建立所需模型（可直接在CAD软件中建立导入）2、双击Steady-State Thermal,右键Geometry---Import Geometry---Browse导入建好的模型右键Solution---Transfer Date To New---Static Structural建立稳态热和结构场的耦合关系2、双击进入Steady-State Thermal模块下的Gometry，检查模型，退出；再双击Model,进入载荷和边界条件设置，材料默认为structural steel（注意：需确定材料的热膨胀系数）,设置网格大小，点击生成网格（只需导入外环模型即可）3、Steady-State Thermal模块下插入Temperature,选择圆环内表面配合面，Magnitude处输入70℃，并勾选前面框（参数化）；再插入Convection，选择所有与空气接触的表面，输入对流换热系数，如下图所示4、建立局部柱坐标系，插入Static Structural---solution---Directional Deformation，将坐标改为刚才建议的柱坐标系，方向设为X方向（柱坐标径向），再勾选参数化，如下图所示：再插入Frictionless support,选择外表面5、退出，进入操作平台，双击Parameter Set,进入参数化模块6、进入参数化模块后左侧出现输入、输出栏数据，如下图所示右侧出现下图列表栏：增加列表栏参数，进行计算，如下图所示：7、根据变形量选择需要的加热温度，如此处过盈量为0.025，则选择90℃即可。
Ansys耦合热分析教程
下面对比一下使用相同或不同网格的区别。
热-应力分析流程图
开始
1.建立，加载，求解 热模型
2.后处理确定要传到 结构的温度
3. 设置 GUI过滤，改 变工作文件名并删除 热载荷， CEs, CPs
No (Option 2) 相同网格?
5a. 清除热网格并建立 结构网格
Yes (Option 1)
5A. 将热模型转换为 结构模型 (ETCHG)
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。
Using the default tolerance, these two nodes would not be assigned a load
结构网格边界
. . . 这样的网格密度在结构分析中 才能得到准确的结果。
热-应力分析
在本章的后面部分，我们考虑一种最常见的间接耦合分析；热-应 力分析。
热-应力分析是间接问题，因为热分析得到的温度对结构分析的应 变和应力有显著的影响，但结构的响应对热分析结果没有很大的 影响。
既然热-应力分析只涉及到两个场之间的连续作用，我们可以使用 手工方法 (MM)进行顺序耦合而不必使用相对复杂的物理环境方法 (PEM) 。这里是手工方法的几个优点和缺点:
Step 2:定义单元类型
Step 2:定义材料属性
钢
铜
弹性模量 2e11
1e11
泊松比 0.3
0.3
密度
7800 8900
比热
460
390
热传导率 66.6
383
热膨胀率 1.06e-5 1.75e-5
Step4：建立几何模型
ANSYS电热耦合分析
ANSYS电热耦合分析一、 Electric-Thermal AnalysisANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应（Joule heating）、塞贝克效应（Seebeck effect）、珀尔帖效应（Peltier effect）、珀尔帖效应(Thomson effect)。
我们这里的分析主要是Joule heating分析，即通电产生热量，用于加热双层薄片。
1. ANSYS电-热耦合知识点1.1、Element DOFs选项：UX, UY, UZ, and TEMP：可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示，其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements，专用于Joule heating effects，SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。
For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1；For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set KEYOPT(1) to 110。
1.2、Material Properties设置：对于Joule heating effects，需要设置材料参数：电学参数：electric permittivity电阻率RSVX、RSVY、RSVZ 热学参数：thermal conductivity导热系数KXX, KYY, KZZ 若考虑瞬态热效应，需设置密度DENS、比热C或焓ENTH1.3、Load载荷设置：设置Applied Voltage or Current 设置对流、辐射、传热等边界条件1.4、Solve求解进行ANSYS三维电热分析，选择SOLID69单元，为专用于焦耳热分析的单元，只需设置电阻率RSVX、导热系数KXX，加载电压VOLT、对流系数CONV即可进行求解，不考虑加热元件本身的热变形；选择SOLID98，除以上参数外，还可以设置弹性模量EX、泊松比PRXY、热膨胀系数ALPX，即可分析加热元件本身的变形。
基于ANSYS18.2对三根母排模型的电磁、热、结构多物理场耦合分析
基于ANSYS18.2对三根母排模型的电磁、热、结构多物理场耦合分析1 前言电气设备通常会存在多场共同作用的情况，如电机的绕组端部，变压器绕组，单抗器。
这种情况下单场的耦合很难满足设计和仿真的需求，采用ANSYS多物理场耦合分析的方法，能够计算多场共同作用下设备的性能，满足设计选型的要求。
本例以三根母排为例，用ANSYS 18.2软件，对母排的电磁场，热场及结构场进行分析。
如图所示，为本例计算的三根母排模型。
当母排通电时，根据欧姆定律，母排本身会发热；同时，根据法拉第电磁感应定律，母排与母排之间会有电磁力相互作用。
这种由电磁、热、结构多场耦合分析，需要借助强大的ANSYS有限元分析软件对其进行精确仿真计算。
为了研究本例中的各个物理场，本例分别采用ANSYS旗下的Maxwell3D、Steady-State Thermal、Static Structural三个模型进行分析。
2 操作步骤1 新建Workbench工程打开ANSYS仿真软件，启动Workbench仿真平台，并点击保存图标或者【File】>【Save As…】保存文件，注意文件名和保存路径不能出现中文。
2 创建仿真流程在Workbench上的Toolbox菜单中，依次拖拽Maxwell3D、Steady-State Thermal、Static Structural 三个模型到工作台上，并连线建立数据联系。
3 3.1.3 添加材料双击Engineering Data，进入到Workbench的材料设置界面，点击，进入材料库，选择，在其中找到Copper Alloy，点击其后面的添加按钮，将铜材料添加到工程文件中。
关闭EngineeringData页签，返回Workbench 操作环境中。
2.1 电磁仿真分析2.1.1 模型的导入及设置（1）双击Maxwell3D，进入到Maxwell操作环境。
（2）点击【Modeler】>【Import】，在弹出的界面找到模型文件的位置，选择并打开。
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。
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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。