热-结构耦合(单元转换)
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ANSYS热－结构耦合分析实例
在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大。很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力。ANSYS提供了很方便的热分析－结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能。
(1) 首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element
Type->Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad 4 node 55 号热分析单元
(2) 进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props->Material Models，添加热传导速率参数Thermal->Conductivity->Isotropic，设定热传导速率为0.07。添加力学属性Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2。添加热膨胀系数Structural->Thermal
Expansion->Secant Coefficient->Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。
(1) 开始建立模型。还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型。首先建立关键点。在ANSYS主菜单
Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，输入以下关键点信息
(2) 下面开始建立弧线。在ANSYS主菜单Preprocessor-> Modeling-> Create-> Lines-> Arcs-> By End KPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧。接着点选关键点4和5，然后点选中心点，输入半径8。生成第二个圆弧
(3) 在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Straight Line，连接关键点2，4和3，5。组成圆环轮廓
(4) 在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Arbitrary->By Lines，点选圆环周边轮廓线，生成圆环面。
(5) 下面划分网格，由于本模型只有一种单元一种材料，所以不必复杂的设置属性。进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Size Cntrls-> ManualSize->Global->Size，在Global Element Size窗口中设置单元尺寸为0.5。在ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas，点选圆环进行网格划分
(6) 下面首先进入热分析，进入ANSYS主菜单Solution->Analysis
Type->New Analysis，设置分析类型为稳态分析Steady-state
(7) 输入热边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Thermal-> Temperature-> On Lines，在直线1上加上1000度的温度荷载，如图所示，在直线2上加上20度的温度荷载。
(8) 进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，计算当前结构的温度场分布。
(9) 进入ANSYS主菜单General Postproc->Plot Results->Contour
Plot->Nodal Solu，绘制节点的温度荷载分布如图所示。
(10) 下面开始根据上面的热分析结果进行结构应力分析。进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Element Type-> Switch Elem Type，选择单元转换方式为从热分析向结构分析转换Thermal to Struc
(11) 输入位移边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Lines，在直线3上约束Y方向自由度，在直线4上约束X方向自由度。
(12) 最后将前面热分析的温度应力分布读入当前的分析工况，进入ANSYS 主菜单Solution->Define Loads->Apply->Structural->Temperature->From Therm Analy，从前面的热分析结果(Jobname.rth)文件中读取热分析结果，如果设定的分析项目名称为case07的话，则热分析结果的文件名为case07.rth，如图所示。
(13) 进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，计算当前结构的温度应力。
(14) 进入ANSYS主菜单General Postproc->Plot Results->Contour
Plot->Nodal Solu，绘制结构的主拉应力（1st principal stress) 。