热应力.docx

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热应力

302页：

实例1——圆简内部热应力分折：

有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。

该问题属于轴对称问题。

由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。

沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。

在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。

间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。

/filname,exercise1-jianjie

/title,thermalstressesinalong

/prep7$Et,1,plane55

Keyopt,1,3,1$Mp,kxx,1,70

Rectng,0.1,0.15,0,0.01$Lsel,s,,,1,3,2

Lesize,all,,,20$Lsel,s,,,2,4,2

Lesize,all,,,5$Amesh,1$Finish

/solu$Antype,static

Lsel,s,,,4$Nsll,s,1$d,all,temp,200

lsel,s,,,2$nsll,s,1$d,all,temp,20

allsel$outpr,basic,all

solve$finish

/post1$Set,last

/plopts,info,on

Plnsol,temp$Finish

/prep7$Etchg,tts

Keyopt,1,3,1$Keyopt,1,6,1

Mp,ex,1,220e9$Mp,alpx,,1,3e-6$Mp,prxy,1,0.28

Lsel,s,,,4$Nsll,s,1$Cp,8,ux,all

Lsel,s,,,2$Nsll,s,1$Cp,9,ux,all

Allsel$Finish

/solu$Antype,static

D,all,uy,0$Ldread,temp,,,,,,rth

Allsel$Solve$Finish

/post1

/title,radialstresscontours

Plnsol,s,x

/title,axialstresscontours

Plnsol,s,y

/title,circularstresscontours

Plnsol,s,z

/title,equvialentstresscontours

Plnsol,s,eqv$finish

/filname,exercise1-zhijie

/title,thermalstressesinalong

/prep7$Et,1,plane13

Keyopt,1,1,4$Keyopt,1,3,1

Mp,ex,1,220e9$Mp,alpx,,1,3e-6$Mp,prxy,1,0.28

MP,KXX,1,70

Rectng,0.1,0.15,0,0.01$Lsel,s,,,1,3,2

Lesize,all,,,20$Lsel,s,,,2,4,2

Lesize,all,,,5$Amesh,1

Lsel,s,,,4$Nsll,s,1$Cp,8,ux,all

Lsel,s,,,2$Nsll,s,1$Cp,9,ux,all

ALLSEL$Finish

/solu$Antype,static

Lsel,s,,,4$Nsll,s,1$d,all,temp,200

lsel,s,,,2$nsll,s,1$d,all,temp,20

allsel$outpr,basic,all

solve$finish

/post1$Set,last

/plopts,info,on

Plnsol,temp

/title,radialstresscontours

Plnsol,s,x

/title,axialstresscontours

Plnsol,s,y

/title,circularstresscontours

Plnsol,s,z

/title,equvialentstresscontours

Plnsol,s,eqv$finish

318页实例2——冷却栅管的热应力分析

图中为一冷却栅管的轴对称结构示意图，其中管内为热流体，温度为200℃，压力为10Mp,对流系数为110W／（m2·℃）；管外为空气，温度为25℃，对流系数为30w／（mz．℃）。

栅管材料参数如表13—2所示，求栅管内的温度场和应力场分布。

根据对称性，并在图示边界线段上施加对称边界约束，进行热应力分析求解。

FINISH$/CLEA

/filname,exercise2

/title,thermalstressesinanaxisymmetricalpipe

/prep7$et,1,plane13$Keyopt,1,1,4

mp,ex,1,200e9$Mp,alpx,1,1.5e-5

mp,prxy,1,0.3$mp,kxx,1,30

rectang,0.12,0.16,0,0.07$rectang,0.16,0.4,0.025,0.045$rectang,0.38,0.4,0.015,0.055

k,100,0.15,0.055$k,101,0.15,0.015

aadd,all$numcmp,line

lfillt,8,12,0.01$lfillt,7,9,0.01

ldiv,9,0.8$ldiv,12,0.8

L2tan,12,-6$L2tan,9,5

al,15,16,17$al,18,19,20

al,14,22,23$al,13,21,24

aadd,1,2,4$aadd,5,6

aadd,1,3$numcmp,line

esize,0.0025$wpstyle,,,,,,,,1

csys,4$kwpave,100

wprot,0,0,90$asbw,2

wprot,0,90$asbw,3

kwpave,101$asbw,4

kwpave,16$wprot,0,-90$asbw,5

kwpave,19$asbw,6

kwpave,12$asbw,7

amesh,1,3$amesh,5,8,3

amap,4,15,16,18,17$amap,6,19,20,9,12

allsel$wpstyle,,,,,,,,0

csys,0$nsel,s,loc,y,0

cp,1,uy,all$allsel$finish

/solu$antype,static

Sfl,3,pres,10e6$Sfl,3,conv,110,,200

Lsel,s,,,4,18$Lsel,a,,,20,21

Sfl,all,conv,30,,25$Lsel,s,,,17,20,3

Dl,all,,symm$lsel,s,,,18,21,3

Dl,all,,symm$allsel

Outpr,basic,all$Solve$Finish

/post1$Set,last

/title,temperaturecontours

Plnsol,temp

/title,sumdisplamentlcontours

Plnsol,u,sum

/title,radialstresscontours

Plnsol,s,x

/title,axialstresscontours

Plnsol,s,y

/title,circularstresscontours

Plnsol,s,z

/title,equvialentstresscontours

Plnsol,s,eqv

/expand,9,axis,,,10

/view,1,1,1,1

/title,temperaturecontours

Plnsol,temp

/title,equvialentstresscontours

Plnsol,s,eqv$finish

332页实例3——两无限长平扳热膨胀分析：

有两块厚度均为0.02mm的无限长平板1和2，受如图13—52所示约束。

平板初始温度为20℃，求将其加热到800℃时平板内部的应力场分布（平板材料参数见表）。

根据题意，忽略平板沿长度方向的端面效应，将问题简化为平面应变问题。

在分析过程中取两平板的横截面建立几何模型，并选取plane13热一结构锅台单元进行求解。

/filname,exercise3

/title,thermalexpansionbetweentwoinfiniteflat

/prep7$et,1,plane13$Keyopt,1,1,4

mp,alpx,1,1.5e-5$mp,ex,1,1.0e11

mp,prxy,1,0.25$mp,kxx,1,65

mp,prxy,2,0.3$mp,ex,2,2.0e11

mp,kxx,2,30$mp,alpx,2,2.5e-5

rectng,0,0.1,0,0.02$rectng,0.1,0.3,0,0.02

esize,0.02$mat,1$amesh,1$mat,2$amesh,2

nummrg,all$numcmp,all

/solu$antype,static

Autots,on$lsel,s,,,4,6,2

Nsll,s,1$d,all,ux

Tref,20$bfunif,temp,800

Allsel$solve

/post1$Set,last

/plopts,info,on

/title,temperaturecontours

Plnsol,temp

/title,sumdisplamentlcontours

Plnsol,u,sum

/title,xdirectiondisplamentcontours

Plnsol,u,x

/title,ydirectiondisplamentcontours

Plnsol,u,y

/title,sumdirectiondisplamentcontours

Plnsol,u,sum

/title,xdirectionstresscontours

Plnsol,s,x

/title,ydirectionstresscontours

Plnsol,s,y

/title,equvialentstresscontours

Plnsol,s,eqv$finish

340页实例4——包含焊缝的金属板热膨胀分析

某一平板由钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，平板尺寸为1×1×0.2，横截面结构如图13—68所示。

平板初始温度为800℃，将平板放置于空气中进行冷却，周围空气温度为30℃，对流系数为110W／（m2．℃）。

求10分钟后平板内部的温度场及应力场分布（材料参数见表134）。

属于瞬态热应力问题，选择整体平板建立几何模型，选取solid5热一结构耦合单元进行求解。

/filname,exercise4

/title,thermalstressesinsectionsincludingweldingseam

/prep7$et,1,plane13

Keyopt,1,1,4$et,2,solid5

Mp,alpx,1,1.06e-5$mp,kxx,1,66.6

Mp,dens,1,7800$mp,c,1,460

Mptemp,,30,200,400,600,800

Mpdata,ex,1,,2.06e11,1.92e11,1.75e11,1.53e11,1.25e11

Mpdata,prxy,1,,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3

Tb,bkin,1,5!

指定材料模型

Tbtemp,30$Tbdata,1,1.40e9,2.06e10

Tbtemp,200$Tbdata,1,1.330e9,1.98e10

Tbtemp,400$Tbdata,1,1.15e9,1.83e10

Tbtemp,600$Tbdata,1,0.92e9,1.56e10

Tbtemp,800$Tbdata,1,0.68e9,1.12e10

MP,ALPX,2,1.75E-5$MP,KXX,2,383

MP,DENS,2,8900$MP,C,2,390

MPDATA,EX,2,,1.03E11,0.99E11,0.90E11,0.79E11,0.58E11

MPDATA,PRXY,2,,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3

TB,BKIN,2,5

TBTEMP,30$TBDATA,1,0.9E9,1.03E10

TBTEMP,200$TBDATA,1,0.85E9,0.98E10

TBTEMP,400$TBDATA,1,0.75E9,0.89E10

TBTEMP,600$TBDATA,1,0.62E9,0.75E10

TBTEMP,800$TBDATA,1,0.45E9,0.52E10

MP,ALPX,3,5.87E-6$MP,KXX,3,46.5

MP,DENS,3,7000$MP,C,3,450

MPDATA,EX,3,,1.18E11,1.09E11,0.93E11,0.75E11,0.52e11

MPDATA,PRXY,3,,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3

TB,BKIN,3,5

TBTEMP,30$TBDATA,1,1.04E9,1.18E10

TBTEMP,200$TBDATA,1,1.01E9,1.02E10

TBTEMP,400$TBDATA,1,0.91E9,0.86E10

TBTEMP,600$TBDATA,1,0.76E9,0.69E10

TBTEMP,800$TBDATA,1,0.56E9,0.51E10

K,1$K,2,0.5

K,3,1$K,4,0,0.2

K,5,0.4,0.2$K,6,0.6,0.2$K,7,1,0.2

A,1,2,5,4$A,2,3,7,6

CSYS,1$L,6,5$AL,2,8,9

MSHKEY,1$ESIZE,0.05

AMESH,1,3,1$ESIZE,,10

TYPE,2$MAT,1$VOFFST,1,1

MAT,3$VOFFST,2,1

MAT,2$VOFFST,3,-1$ACLEAR,1,3,1

NUMMRG,ALL$NUMCMP,ALL$ALLSEL

/SOLU$ANTYPE,4

TRNOPT,FULL$TIMINT,1,STRUCT

TIMINT,1,THERM$TIMINT,0,MAG

TIMINT,0,ELECT$TINTP,0.005,,,-1,0.5,0.2

TIME,600$DELTIM,30,10,100

AUTOTS,ON$KBC,1

OUTRES,,ALL$BFUNIF,TEMP,800

ASEL,U,,,6,13,7$NSLA,S,1

SF,ALL,CONV,110,30$ALLSEL

SOLVE$FINISH

/POST1

SET,LAST

/TITLE,TEMPERATURECONTOURS

PLNSOL,TEMP

/TITLE,XDIRECTIONDISPLAMENTCONTOURS

PLNSOL,U,X

/TITLE,YDIRECTIONDISPLAMENTCONTOURS

PLNSOL,U,Y

/TITLE,ZDIRECTIONDISPLAMENTCONTOURS

PLNSOL,U,Z

/TITLE,SUMDIRECTIONDISPLAMENTCONTOURS

PLNSOL,U,SUM

/TITLE,XDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,X

/TITLE,YDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,Y

/TITLE,ZDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,Z

/TITLE,EQUVIALENTDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,EQV

353页:

实例5——连杆热应力分析

图示为一连杆，其初始温度为100℃，现将连杆放置于空气中进行冷却，周围空气温度为20℃，对流系数为95W／（m2·℃）。

求：

1）5分钟后平板内部的温度场及应力场分布；2）A、B两点温度随时间的变化关系曲线（材料参数见表13—5）。

该问题属于瞬态热应力问题，选取连杆建立几何模型，并选强solid98十节点四面体热结构耦合单元进行求解。

/filname,exercise5

/title,thermalstressanalysistoaconnectingrod

/prep7$Et,1,solid98

Mp,alpx,1,2.05e-5$Mp,prxy,1,0.3

Mp,kxx,1,16.3$Mp,ex,1,220e9

Mp,c,1,300$Mp,dens,1,7800

K,1,-0.18,0,0$K,2,-0.18,0.035,0

K,3,-0.14,0.035,0$L,1,2

L,2,3$Csys,1

K,4,0.14,135,0$K,5,0.1,180,0

K,6,0.1,135,0$L,3,4

L,5,6$LFILLT,2,3,0.02

Wprota,45$Csys,4

Allsel$Lsymm,x,1,5

Wprota,-45$Wpoffs,0.7

Cswpla,11,1

K,16,0.07,0,0$K,17,0.07,135,0

K,18,0.04,0,0$K,19,0.04,180,0

L,16,17$L,18,19

Csys,0

Lsymm,x,6,7$Lsymm,x,4,9,5

K,28,0.25,0.055,0$K,29,0.52,0.045,0

Bsplin,17,29,28,22

Lfillt,14,17,0.03$Lfillt,11,17,0.15

Lsymm,y,1,19$Nummrg,all

Lsel,s,,,12,31,19$Al,all

Lsel,s,,,4,9,5$Lsel,a,,,15,16

Lsel,a,,,23,28,5$Lsel,a,,,34,35$Al,all

Lsel,s,,,1,3$Lsel,a,,,5,8

Lsel,a,,,10,11$Lsel,a,,,13,14

Lsel,a,,,17,22$Lsel,a,,,24,27

Lsel,a,,,29,30$Lsel,a,,,32,33

Lsel,a,,,36,38$Al,all$Allsel

Asba,3,1$Asba,4,2

Numcmp,all$Voffst,1,0.02$Smrt,6

Mshape,1,3d$Mshkey,0

Vmesh,1$Wpstyle,,,,,,,,0$Save

/SOLU

ANTYPE,4$TRNOPT,FULL

TIMINT,1,STRUCT$TIMINT,1,THERM

TIMINT,0,ELECT$TINTP,0.005,,,-1,0.5,-1

TIME,300$DELTIM,4,4,20

AUTOTS,ON$KBC,1

OUTRES,,ALL$BFUNIF,TEMP,100

ASEL,s,,,all$NSLA,S,1

SF,ALL,CONV,95,20$ALLSEL

SOLVE$FINISH

/POST1

SET,LAST

/TITLE,TEMPERATURECONTOURS

PLNSOL,TEMP

/TITLE,SUMDISPLAMENTCONTOURS

PLNSOL,U,SUM

/TITLE,XDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,X

/TITLE,YDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,Y

/TITLE,ZDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,Z

/TITLE,EQUVIALENTDIRECTIONSTRESSCONTOURS

PLNSOL,S,EQV

/POST26

/AXLAB,A,TIME,（SEC）

/AXLAB,Y,TEMPERATURE

/GTHK,AXIS,3

/GTHK,CURVE,3

/COLOR,CURVE,MRED,1

WPCSYS,-1

NSEL,S,LOC,X,-0.18

NSEL,R,LOC,Y,0

NSEL,R,LOC,Z,0

*GET,NODE1,NODE,,NUM,MAX

NSEL,S,LOC,X,0.77

NSEL,R,LOC,Y,0

NSEL,R,LOC,Z,0

*GET,NODE2,NODE,,NUM,MAX

NSOL,2,NODE1,TEMP

NSOL,3,NODE2,TEMP

/TITLE,CURVEDECRIBEDTHERELATIONBETWEENTEPERATUREANDTIMEATPOINTA

PLVAR,2

/TITLE,CURVEDECRIBEDTHERELATIONBETWEENTEPERATUREANDTIMEATPOINTB

PLVAR,3

FINISH

371页：

实例6——热喷涂过程中熔滴夜基体表面沉积凝固后的残余应力分析

热喷徐过程中，一金属N6熔滴以一定速度在无限大碳钢基体表面沉积后，发生散流变形的同时与基休有热变换作用，最终凝固成圆片状固体颗粒。

其纵剖面形状及几何尺寸如图13—l16所示。

金属Ni与碳钢的基本物性参数如表13—6所示。

假定颗粒由最初的熔点温度1454℃冷却到室温25℃，忽略对流带来的影响，月假定平均制备温度625℃为参考温度。

若定义路径1为线段AB，定义路径2为线段BC，求：

1）熔滴经过Iooy5时的温度场分布。

2）点A、点B的温度随时间的变化曲线。

3）100隅时，沿路径1、路径2颗粒的轴向应力变化曲线与径向应力变化曲线。

4）100y5时，熔滴的轴向应力场与径向应力场。

5）100隅时，在歹维方向熔滴（取I／4份）的轴向应力场与径向应力场。

热喷徐过程中，一金属N6熔滴以一定速度在无限大碳钢基体表面沉积后，发生散流变

形的同时与基休有热变换作用，最终凝固成圆片状固体颗粒。

其纵剖面形状及几何尺寸如图

13—l16所示。

金属Ni与碳钢的基本物性参数如表13—6所示。

假定颗粒由最初的熔点温度1454

℃冷却到室温25℃，忽略对流带来的影响，月假定平均制备温度625℃为参考温度。

若定义

路径1为线段AB，定义路径2为线段BC，求：

1）熔滴经过Iooy5时的温度场分布。

2）点A、点B的温度随时间的变化曲线。

3）100隅时，沿路径1、路径2颗粒的轴向应力