热应力耦合分析
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SFL,13,PRES,1000 12. 通过显示体荷载检查温度载荷:
– Utility Menu > PlotCtrls > Symbols • 将体载荷符号设为 “Structural temps”,然后按 [OK]
– Utility Menu > Plot > Elements – 或用命令:
4. 改变标题: – Utility Menu > File > Change Title ... • 标题为 “2D AXI-SYMM THERMAL-STRESS ANALYSIS W/ INT. PRESS - ESIZE=0.125” • [OK]
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
/SOLU
SOLVE 14. 进入后处理并观察结果:
– Main Menu > General Postproc – 或用命令:
/POST1
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
14a.显示位移:
– Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu • 拾取 “DOF solution”和 “Translation USUM”, 选择 “Def + undef edge”,然后按 [OK]
/PREP7
LSCLEAR,SOLID 6. 将温度单元改为相应的结构单元:
– Main Menu > Preprocessor > Element Type > Switch Elem Type • 选择 “Thermal to Struc”,然后按 [OK] • 检查警告信息窗, 然后按 [Close]
– 直接耦合的例子，包括压 电分析，有流体流动的共
轭传热分析及电路电磁分 析。
把热分析中任意荷载步或
时间点的节点温度作为应 力分析的荷载。
Training Manual
热应力耦合分析---顺序耦合 带散热片的轴对称管
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
Training Manual
热结构耦合场分析
–耦合场分析 …概述
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）。
Training Manual
– 或用命令:
NSEL,S,LOC,Y,1 10b.将选择的一组节点在 UY方向上耦合起来:
– Main Menu > Preprocessor > Coupling / Ceqn > Couple DOFs
• [Pick All] • 将NSET设为 1 • 将 Lab设为 UY,然后按 [OK]
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
10. 将节点自由度（在Y=1） UY耦合: 10a. 选择节点（在Y=1）:
– Utility Menu > Select > Entities ... • 通过 “By Location”选择 “Nodes” • 选择 “Y coordinates” • 将 Min,Max设为 1,然后按 [OK]
• 或用 ANTYPE 命令
–耦合场分析 …顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
d) 施加结构荷载，而把温度作为荷载的一部分。
• Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > From Therm Analy
/PBF,TEMP, ,1
EPLOT
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
13. 存储数据库并计算结果: – Pick the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu > File > Save as Jobname.db) – Main Menu > Solution > Solve > Current LS • 观察 “/STATUS Command”窗口并关闭 • [OK] • [Close] – 在求解结束时关闭黄色信息框 – 或用命令: : SAVE
载荷和边界条件
在Y=1的节点处耦合自由度 UY 从练习12的热分析获取节点温度
Training Manual
施加内压力10,000 psi 在线上施加对称边界条件
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
1. 按教师指定的工作目录，用 “pipe-th-str” 作为作业名，进入 ANSYS 。 2. 从练习12中恢复数据库文件 (或 pipe-th.db1):
8. 在练习 12 的热应力分析中施加温度荷 载: – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > From Therm Analy • 选择结果文件 “pipe-th.rth” , 然后按 [OK]
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
5. 删除实体模型边上的对流载荷: – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Delete > All Load Data > All SolidMod Lds – [OK] – 或用命令:
2. 然后作静力结构分析。 • 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 料特性。
• 施加包括从热分析得到的温度在内 的结构荷载。
• 求解并检查结果。
热分析
jobname.rth
温度 结构分析
jobname.rst
–耦合场分析 …顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
由约束产生 热应力
由Βιβλιοθήκη Baidu同材料 产生热应力
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
–耦合场分析 …概述
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 在 ANSYS 中求解热-应力问题有两种方法。这两种方法 各有所长。 – 顺序耦合 - 传统方法是使用两种单元类型，将热分析的结果 作为结构的温度荷载。 + 当热瞬态分析时间点很多，但结构时间点很少时 效率较高。 + 很容易用输入文件实现自动处理。
• PLANE13 (平面实体单元)。 • SOLID5 (六面体单元)。 • SOLID98 (四面体单元)。 – 在模型上施加结构荷载、热荷载及约束。 – 求解并查看热和结构结果。
热分析 结构分析
Combined
jobname.rst
–耦合场分析 顺序耦合方法与直接耦合方法比较
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 顺序方法
• 直接方法
– 对非高度非线性耦合情况， 顺序方法更有效、灵活，
– 对耦合场是高度非线性情 况，直接方法更好，并且
因为它可以独立执行两种 分析。
该方法用耦合公式单一求 解时是最好的。
– 在顺序方法热-应力分析 中，例如，在非线性瞬态 分析之后可以紧接着进行 线性静力分析，然后可以
9. 在线（Y=0 ）上施加对称边界条件 : – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural >Displacement > Symmetry B.C. > On Lines • 选择线 3, 5, 11, 然后按 [OK]
– 或用命令:
ETCHG,TTS
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
7. 将单元选项设为轴对称: – Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete • [Options ...] – 将 K3设为轴对称, 然后按 [OK] • [Close]
– 直接耦合 + 比较新的方法，用一种单元类型就能求解两种物 理场问题。 + 热和结构之间可实现真正的耦合。 - 在某些分析中可能耗费过多开销。
–耦合场分析 顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 顺序耦合方法涉及两种分析：
1. 先作稳态（或瞬态）热分析。 • 建立热单元模型。 • 施加热荷载。 • 求解并检查结果。
• 或用 LDREAD 命令。 e) 求解。 f) 观察应力结果。
–耦合场分析 直接耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 直接耦合方法，通常只涉及用耦合单元的分析，单元 必须包括热、结构的自由度。
1. 首先用以下耦合单元之一建立模型并划 分网格。
b) 定义结构的材料性质 (EX等)，包括热膨胀系数 (ALPX) (若使 用的是 ANSYS 提供的材料库，材料的热特性和结构特性均已 定义，该项可以省略).
注意：如果没有定义 ALPX ，或将该项设置为零，则不计算 热应变。可以用该项技巧“关闭”温度的影响。
c) 指定静力分析类型，这一步只在热分析是瞬态分析时用。 Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis
1. 热分析 – 该过程在第 11 章中描述。
2. 结构分析 a) 进入前处理，把热单元类型转换成结构单元。
• Main Menu > Preprocessor > Element Type > Switch Elem
Type
注意：转换单元类型时，所有单元选项重新设置回原来缺省
状态。例如，若用户在热分析中使用的 2-D 轴对称单元，则 需要在转换后重新指定轴对称选项，因此，一定要确保设置 正确的单元选项：
• Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete
> [Options] • 或用 ETLIST 和 KEYOPT 命令
–耦合场分析 …顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
– Utility Menu > Select > Everything – 或用命令:
CP,1,UY,ALL
ALLSEL,ALL
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
11. 将内部压力施加在线上: – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines • 拾取线 9和13, 然后按 [OK] • 将VALUE设为 1000, 然后按 [OK] – 或用命令: SFL,9,PRES,1000
– Utility Menu > File > Resume from … • 选择 “pipe-th.db”, 然后按 [OK]
– 或用命令:
RESUME,pipe-th,db 3. 在 GUI优选框中选择结构:
– Main Menu > Preferences • 选择 “Structural”而不选 “Thermal”,然后按 [OK]
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
说明
• 接上面练习12的轴对称散热片问题做一个热应力分析。 如下所示，管内部有压力。顶部的线(在Y=1.0处)代表 一个对称边界 , 我们将该线的所有节点的 UY自由度耦 合起来。
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
– Utility Menu > PlotCtrls > Symbols • 将体载荷符号设为 “Structural temps”,然后按 [OK]
– Utility Menu > Plot > Elements – 或用命令:
4. 改变标题: – Utility Menu > File > Change Title ... • 标题为 “2D AXI-SYMM THERMAL-STRESS ANALYSIS W/ INT. PRESS - ESIZE=0.125” • [OK]
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
/SOLU
SOLVE 14. 进入后处理并观察结果:
– Main Menu > General Postproc – 或用命令:
/POST1
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
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INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
14a.显示位移:
– Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu • 拾取 “DOF solution”和 “Translation USUM”, 选择 “Def + undef edge”,然后按 [OK]
/PREP7
LSCLEAR,SOLID 6. 将温度单元改为相应的结构单元:
– Main Menu > Preprocessor > Element Type > Switch Elem Type • 选择 “Thermal to Struc”,然后按 [OK] • 检查警告信息窗, 然后按 [Close]
– 直接耦合的例子，包括压 电分析，有流体流动的共
轭传热分析及电路电磁分 析。
把热分析中任意荷载步或
时间点的节点温度作为应 力分析的荷载。
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热应力耦合分析---顺序耦合 带散热片的轴对称管
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
Training Manual
热结构耦合场分析
–耦合场分析 …概述
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）。
Training Manual
– 或用命令:
NSEL,S,LOC,Y,1 10b.将选择的一组节点在 UY方向上耦合起来:
– Main Menu > Preprocessor > Coupling / Ceqn > Couple DOFs
• [Pick All] • 将NSET设为 1 • 将 Lab设为 UY,然后按 [OK]
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13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
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10. 将节点自由度（在Y=1） UY耦合: 10a. 选择节点（在Y=1）:
– Utility Menu > Select > Entities ... • 通过 “By Location”选择 “Nodes” • 选择 “Y coordinates” • 将 Min,Max设为 1,然后按 [OK]
• 或用 ANTYPE 命令
–耦合场分析 …顺序耦合方法
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INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
d) 施加结构荷载，而把温度作为荷载的一部分。
• Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > From Therm Analy
/PBF,TEMP, ,1
EPLOT
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
13. 存储数据库并计算结果: – Pick the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu > File > Save as Jobname.db) – Main Menu > Solution > Solve > Current LS • 观察 “/STATUS Command”窗口并关闭 • [OK] • [Close] – 在求解结束时关闭黄色信息框 – 或用命令: : SAVE
载荷和边界条件
在Y=1的节点处耦合自由度 UY 从练习12的热分析获取节点温度
Training Manual
施加内压力10,000 psi 在线上施加对称边界条件
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
1. 按教师指定的工作目录，用 “pipe-th-str” 作为作业名，进入 ANSYS 。 2. 从练习12中恢复数据库文件 (或 pipe-th.db1):
8. 在练习 12 的热应力分析中施加温度荷 载: – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > From Therm Analy • 选择结果文件 “pipe-th.rth” , 然后按 [OK]
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INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
5. 删除实体模型边上的对流载荷: – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Delete > All Load Data > All SolidMod Lds – [OK] – 或用命令:
2. 然后作静力结构分析。 • 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 料特性。
• 施加包括从热分析得到的温度在内 的结构荷载。
• 求解并检查结果。
热分析
jobname.rth
温度 结构分析
jobname.rst
–耦合场分析 …顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
由约束产生 热应力
由Βιβλιοθήκη Baidu同材料 产生热应力
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
–耦合场分析 …概述
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 在 ANSYS 中求解热-应力问题有两种方法。这两种方法 各有所长。 – 顺序耦合 - 传统方法是使用两种单元类型，将热分析的结果 作为结构的温度荷载。 + 当热瞬态分析时间点很多，但结构时间点很少时 效率较高。 + 很容易用输入文件实现自动处理。
• PLANE13 (平面实体单元)。 • SOLID5 (六面体单元)。 • SOLID98 (四面体单元)。 – 在模型上施加结构荷载、热荷载及约束。 – 求解并查看热和结构结果。
热分析 结构分析
Combined
jobname.rst
–耦合场分析 顺序耦合方法与直接耦合方法比较
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 顺序方法
• 直接方法
– 对非高度非线性耦合情况， 顺序方法更有效、灵活，
– 对耦合场是高度非线性情 况，直接方法更好，并且
因为它可以独立执行两种 分析。
该方法用耦合公式单一求 解时是最好的。
– 在顺序方法热-应力分析 中，例如，在非线性瞬态 分析之后可以紧接着进行 线性静力分析，然后可以
9. 在线（Y=0 ）上施加对称边界条件 : – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural >Displacement > Symmetry B.C. > On Lines • 选择线 3, 5, 11, 然后按 [OK]
– 或用命令:
ETCHG,TTS
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
7. 将单元选项设为轴对称: – Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete • [Options ...] – 将 K3设为轴对称, 然后按 [OK] • [Close]
– 直接耦合 + 比较新的方法，用一种单元类型就能求解两种物 理场问题。 + 热和结构之间可实现真正的耦合。 - 在某些分析中可能耗费过多开销。
–耦合场分析 顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 顺序耦合方法涉及两种分析：
1. 先作稳态（或瞬态）热分析。 • 建立热单元模型。 • 施加热荷载。 • 求解并检查结果。
• 或用 LDREAD 命令。 e) 求解。 f) 观察应力结果。
–耦合场分析 直接耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 直接耦合方法，通常只涉及用耦合单元的分析，单元 必须包括热、结构的自由度。
1. 首先用以下耦合单元之一建立模型并划 分网格。
b) 定义结构的材料性质 (EX等)，包括热膨胀系数 (ALPX) (若使 用的是 ANSYS 提供的材料库，材料的热特性和结构特性均已 定义，该项可以省略).
注意：如果没有定义 ALPX ，或将该项设置为零，则不计算 热应变。可以用该项技巧“关闭”温度的影响。
c) 指定静力分析类型，这一步只在热分析是瞬态分析时用。 Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis
1. 热分析 – 该过程在第 11 章中描述。
2. 结构分析 a) 进入前处理，把热单元类型转换成结构单元。
• Main Menu > Preprocessor > Element Type > Switch Elem
Type
注意：转换单元类型时，所有单元选项重新设置回原来缺省
状态。例如，若用户在热分析中使用的 2-D 轴对称单元，则 需要在转换后重新指定轴对称选项，因此，一定要确保设置 正确的单元选项：
• Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete
> [Options] • 或用 ETLIST 和 KEYOPT 命令
–耦合场分析 …顺序耦合方法
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
– Utility Menu > Select > Everything – 或用命令:
CP,1,UY,ALL
ALLSEL,ALL
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
11. 将内部压力施加在线上: – Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines • 拾取线 9和13, 然后按 [OK] • 将VALUE设为 1000, 然后按 [OK] – 或用命令: SFL,9,PRES,1000
– Utility Menu > File > Resume from … • 选择 “pipe-th.db”, 然后按 [OK]
– 或用命令:
RESUME,pipe-th,db 3. 在 GUI优选框中选择结构:
– Main Menu > Preferences • 选择 “Structural”而不选 “Thermal”,然后按 [OK]
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
说明
• 接上面练习12的轴对称散热片问题做一个热应力分析。 如下所示，管内部有压力。顶部的线(在Y=1.0处)代表 一个对称边界 , 我们将该线的所有节点的 UY自由度耦 合起来。
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
13A.热应力分析 –顺序耦合 带散热片的轴对称管