热结构耦合分析

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November 3, 2003 Inventory #001968 13-5
第13章 –耦合场分析
…顺序耦合方法
1. 热分析
– 该过程在第 11 章中描述。
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Part 1 1 - Part INTRODUCTION TO TO ANSYS ANSYS 8.0 8.0 INTRODUCTION
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November 3, 2003 Inventory #001968 13-8
Part 1 1 - Part INTRODUCTION TO TO ANSYS ANSYS 8.0 8.0 INTRODUCTION
第13章 –耦合场分析
直接耦合方法
• 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. 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。 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
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温度 结构分析
November 3, 2003 Inventory #001968 13-7
第13章 –耦合场分析
…顺序耦合方法
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 • 或用 LDREAD 命令。 e) 求解。 f) 观察应力结果。
由约束产生 热应力
•
由不同材料 产生热应力
November 3, 2003 Inventory #001968 13-3
第13章–耦合场分析
…概述
• 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。
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 • 或用 ETCHG 命令 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
第 13 章
耦合场分析
第13章 –耦合场分析
概述
• • 本章简单讨论如何进行热-应力分析。 有两重目的：
– – 如何在应力分析中施加热荷载。 介绍耦合场分析。
Hale Waihona Puke Baidu
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November 3, 2003 Inventory #001968 13-2
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第13章 –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）。
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1. 首先用以下耦合单元之一建立模型并划分网格。
• • – – PLANE13 (平面实体单元)。 SOLID5 (六面体单元)。
热分析
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第13章 –耦合场分析
…顺序耦合方法
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Part 1 1 - Part INTRODUCTION TO TO ANSYS ANSYS 8.0 8.0 INTRODUCTION
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 • 或用 ANTYPE 命令
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Part 1 1 - Part INTRODUCTION TO TO ANSYS ANSYS 8.0 8.0 INTRODUCTION
•
直接方法
– 对耦合场是高度非线性情况，直接方 法更好，并且该方法用耦合公式单一 求解时是最好的。 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。
Combined
• 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。
结构分析
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第13章 –耦合场分析
顺序耦合方法与直接耦合方法比较
• 顺序方法
– 对非高度非线性耦合情况，顺序方法 更有效、灵活，因为它可以独立执行 两种分析。 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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第13章 –耦合场分析
顺序耦合方法
• 顺序耦合方法涉及两种分析：
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Part 1 1 - Part INTRODUCTION TO TO ANSYS ANSYS 8.0 8.0 INTRODUCTION
–
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。
–
–
November 3, 2003 Inventory #001968 13-10
第13章 –耦合场分析
练习
• 请参考练习附录：
W13a. 带散热片的轴对称管（顺序耦合场） W13b. 带散热片的轴对称管 (直接耦合场)
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