热应力数值模拟分析实例详解

热应力数值模拟分析实例详解

实例1——圆筒热应力分析

1、问题描述

有一短圆筒，其横截面结构如图7.24所示，筒内避温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表7.4所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。

表7.4 材料性能参数

弹性模量E

GPa 泊松比ν

线膨胀系数α

℃-1

导热系数K

W/(m•℃)

220 0.28 1.3e-6 70

图8.24 圆筒横截面结果示意图

2、三维建模

应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.25所示：

图7.25 短圆筒三维实体图

3、网格划分

采用采用ANSYS有限元分析软件对计算域进行网格划分，得到如图7.26所示的六面体网格单元。流场的网格单元数为5760，节点数为7392。

图7.26 短圆筒网格图

4、模拟计算结果及分析

采用ANSYS有限元分析软件稳态计算，设置短圆筒导热系数为70W/(m•℃)，弹性模量为220Gpa，泊松比为0.28ν，线膨胀系数为1.3e-6℃-1。筒内壁加载温度载荷为200K，筒外壁加载温度载荷为20K。求解时选取Thermal Energy传热模型。求解方法采用高精度求解，计算收敛残差为10-4。

图7.27为圆筒内的温度场分布等值线图；

图7.28为圆筒轴截面上的温度场分布等值线图；

图7.29为圆筒轴截面上的径向应力场分布等值线图；

图7.30为圆筒轴截面上的轴向应力场分布等值线图；

图7.31为圆筒轴截面上的周向应力场分布等值线图；

图7.32为圆筒轴截面上的等效应力场分布等值线图。数据文件及结果文件在heat stress文件夹内。

图7.27 圆筒内的温度场分布等值线图

图7.28 圆筒轴截面上的温度场分布等值线图

图7.29 圆筒轴截面上的径向应力场分布等值线图

图7.30 圆筒轴截面上的轴向应力场分布等值线图

图7.31 圆筒轴截面上的周向应力场分布等值线图

图7.32 圆筒轴截面上的等效应力场分布等值线图