非线性因素PPT课件

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7 求解 - 求解当前载荷步。
注: • 第1部分的菜单项通常只使用一次:在分析的开始时使
用。 • 第2-7部分的菜单项适用于每个载荷步。 • 第6部分菜单只在非线性热分析中使用。
自动求解控制
• 由于在非线性分析中需要大量的控制和设置选项,ANSYS开发 了一个称为“求解控制”的工具。求解控制对于绝大多数非线 性和瞬态问题都可以提供可靠而高效的设置。
• 在缺省情况下, 在所有非线性和瞬态热分析中,求解控制是打开 的,大量的分析控制由ANSYS设置,而且同时采用优化的内部 求解算法。
• 求解控制的缺省设置可以在求解前通过手工设置来替换。
求解控制通过设置这些命令来 优化各种缺省控制选项。但并 不是所有命令都能用于热分析 。
自动求解控制(续)
• 要手工关闭所有求解控制特性,使用下列菜单:
非线性分析前处理考虑因素(续)
Thermal Conductivity (W/m/C)
• 与温度有关的输入:
70
在热模型中其它比较常见的引起非线性 60
的原因包括随温度变化的边界条件 (如
50
对流换热系数) 和材料特性 (如热传导系 40 数、热焓)。如果出现这些情况,用户
需要使用随温度变化的输入技术来处理
非线性求解组织结构
• 载荷步 用于区别加载次序。每个载荷步需要单独的“求解”操作
。载荷步不仅仅用于非线性分析。
• 为了得到收敛解,非线性分析通常采用增量加载,子步 用于区别
一个载荷步内的中间收敛解。
非线性求解组织结构(续)
• 载荷并不总是容易划 分为载荷步的。
Temperature
• 在显示的例题中,温 度、热流密度和热生 成在不同时间以不同 速度施加。
在本章剩余部分,我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。
非线性分析的加载求解中所要考虑的因素
• 非线性热分析通常需要在ANSYS中激活一些特殊的加载和控制特 性,比如,可能需要 :
– 将载荷分为小步长施加以保证收敛 – 对收敛准则和迭代次数进行控制 – 需要使用增强收敛的工具 – 在不收敛情况下控制程序的行为 – 管理在非线性分析中生成的大量数据
2 3
不推荐在载荷步之间打开或关闭求解控制。
1
自动求解控制(续)
• 如果存在诸如CONTROL37、COMBIN39 和COMBIN40等能改变 状态的单元时,推荐打开“Status Prediction” 选项,但要求求 解控制也在打开状态。它与自动时间步功能联合使用,以基于控 制单元在下一子步将会改变状态的可能性来预测时间步长。通过 下列菜单激活:
QTBaidu Nhomakorabea, t
稳态非线性求解过程
考虑稳态非线性的分析情况: KT T QT
方程可以等效化为:
Qnr Qa
内部节点热流向量由计算
载荷引起的节点热流向量
出的单元热流密度得到
初始情况下,内部节点热流不等于施加的节点载荷。不平衡热流向量或“
• 多场单元:
不只包含温度自由度的单元称为多场单元或耦合场单元。单元 SOLID5、PLANE13、 PLANE67、 LINK68、 SOLID69、 SOLID98和SHELL157是非线性的,因为它们必须同时满足两个以 上场的平衡方程。这些单元在第10章中讨论。
热-流体耦合单元FLUID66和 FLUID116用于轴向传导和流体 中热质量交换的建模。它们通常 通过对流单元与外界表面联系。 如果流率未知,这些单元就是非 线性的,因为流率和压力降的关 系是非线性的。这些单元在第7 章中讨论。
2
3
4 5
1
缺省情况下,状态预测是关闭的。
自动求解控制(续)
• 由于对分析工程师来讲,理解内部求解机制是很重要的,在本章 后面对非线性控制做了讨论。讨论中假设求解控制是打开的。
• 专门使用于瞬态热分析的求解控制在第五章中讨论。 • 首先,让我们看一下进行非线性分析的先决条件. . .
注意: 要得到关于在载荷步文件(LSWRITE) 或文档化 (CDWRITE) 中 SOLCONTROL命令的详细工作细节,请参考在线命令手册. 同时也可查看 在 SOLCONTROL关闭的情况下,程序的行为方式。
• 在第6章中,我们将讨 论如何更容易地处理 这种情况。
Heat Flux
Heat Gen.
HFLUX TEMP HGEN
控制方程
线性系统热分析的控制方程矩阵形式为:
CT KT Q
如果这些数值随温度变化,系统为非线性,必须用迭代法求解:
CT T K T T QT
在瞬态分析中,载荷同样可以随温度变化(在第5章中讨论)
(第三章中讨论)。
400
600
800 1000
Temperature (C)
MASS71单元比较特殊,因为它有随温度变化的热生成率的功能。 这可以定义为随温度变化的材料特性或与温度的多项式关系。多项 式可以定义多达6个实常数,如下:
q(T ) A1 A2T A3T A4 A5T A6
非线性分析前处理考虑因素(续)
3 输出控制 - 类型、频率、写到结果文件和输出
文件中的结果数据的范围、图形求解跟踪开/关。
4 求解控制 - 自动求解控制开/关。
5 时间/频率 - 时间/载荷步设置、自动时间步、
载荷渐变/阶跃、时间步重置、时间积分设置
非线性分析步骤(续)
6 非线性控制 - 收敛准则、平衡迭代、终止条件、
收敛增强工具、打开控制、求解监测。
非线性因素
非线性热分析前处理考虑因素
• 非线性热分析模型与线性模型有一些共同点,但也有许多要特殊 考虑的问题。
辐射: 辐射是一种高度非线性,因为辐射对传导矩阵 (K)的贡献是温
度的三次方。辐射使用一种特殊单元建模的,在第8章中讨论。
控制单元: 可以改变状态的单元类型
如COMBIN37和COMBIN 40 ,经常 用来模拟温度控制 (例如恒温箱)。这 些单元的实常数相对复杂,要仔细选 择。
• 我们将在后面简单介绍这些概念。详细说明可以参考《ANSYS热
分析指南》中的非线性热分析部分。
非线性分析步骤
下面的加载和求解菜单选项可以帮助你掌握本章 所要讨论的内容:
1 分析设置 - 稳态或瞬态、方程求解器、温度偏
移、牛顿-拉夫森设置。
2 载荷 - 载荷插值设置、均匀初始温度、施加载
荷、删除载荷、按比例施加载荷、将几何模型载 荷传递到有限元模型上。
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