ANSYS热分析指南第三四章_精品文档Word文件下载.docx
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自由度
PLANE35
二维
六节点三角形单元
温度(每个节点)
PLANE55
四节点四边形单元
PLANE75
四节点谐单元
PLANE77
八节点四边形单元
PLANE38
八节点谐单元
表3-2三维实体单元
SOLID70
三维
八节点六面体单元
SOLID87
十节点四面体单元
SOLID90
二十节点六单元
表3-3辐射连接单元
LINK31
二维或三维
二节点线单元
表3-4传导杆单元
LINK32
LINK33
表3-5对流连接单元
LINK34
表3-6壳单元
SHELL57
表3-7耦合场单元
PLANE13
四节点热-应力耦合单元
温度、结构位移、电位、磁矢量位
CONTACT48
三节点热-应力接触单元
温度、结构位移
CONTACT49
热-应力接触单元
FLUID116
二或四节点热-流单元
温度、压力
SOLID5
八节点热-应力和热-电单元
温度、结构位移、电位、磁标量位
SOLID98
十节点热-应力和热-电单元
PLANE67
四节点热-电单元
温度、电位
LINK68
两节点热-电单元
SOLID69
八节点热-电单元
SHELL157
表3-8特殊单元
MASS71
一维到三维
一个节点的质量单元
温度
COMBINE37
一维
四节点控制单元
温度、结构位移、转动、压力
SURF151
二到四节点面效应单元
SURF152
四到九节点面效应单元
MATRIX50
由包括在超单元中的单元类型决定
没有固定形状的矩阵或辐射矩阵超单元
INFIN9
二节点无限边界单元
温度、磁矢量位
INFIN47
四节点无限边界单元
COMBINE14
两节点弹簧-阻尼单元
COMBINE39
两节点非线性弹簧单元
COMBINE40
两节点组合单元
3.3热分析的基本过程
ANSYS热分析包含如下三个主要步骤:
前处理:
建模
求解:
施加荷载并求解
后处理:
查看结果
以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。
首先,对每一步的任务进行总体的介绍,然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。
最后,本章提供了该实例等效的命令流文件。
3.4建模
建立一个模型的内容包括:
首先为分析指定jobname和title;
然后在前处理器(PREP7)中定义单元类型,单元实常数,材料属性以及建立几何实体。
《ANSYSModelingandMeshingGuide》中对本部分有详细说明。
对于热分析有:
定义单元类型
命令:
ET
GUI:
MainMenu>
Preprocessor>
ElementType>
Add/Edit/Delete
定义固定材料属性
MP
MaterialProps>
MaterialModels>
Thermal
定义温度相关的材料属性,首先要定义温度表,然后定义对应的材料属性值。
通过下面的方法定义温度表
MPTEMP或MPTEGN,然后定义对应的材料属性,使用MPDATA
MaterialModels>
对于温度相关的对流换热系数也是通过上述的GUI路径和命令来定义的。
注意--如果以多项式的形式定义了与温度相关的膜系数,则在定义其它具有固定属性的材料之前,必须定义一个温度表。
创建几何模型及划分划分网格的过程,请参阅《ANSYSModelingandMeshingGuide》
3.5施加荷载和求解
在这一步骤中,必须指定所要进行的分析类型及其选项,对模型施加荷载,定义荷载选项,最后执行求解。
3.5.1指定分析类型
在这一步中,可以如下指定分析类型:
GUI:
MainMenu>
Solution>
NewAnalysis>
Steady-state(static)
ANTYPE,STATIC,NEW
如果是重新启动以前的分析,比如,附加一个荷载。
ANTYPE,STATIC,rest。
(条件是先前分析的jobname.ESAV、jobname.DB等文件是可以利用的)
3.5.2施加荷载
可以直接在实体模型(点、线、面、体)或有限元模型(节点和单元)上施加载荷和边界条件,这些载荷和边界条件可以是单值的,也可以是用表格或函数的方式来定义复杂的边界条件,详见《ANSYS基本分析过程指南》。
可以定义以下五种热载荷:
3.5.2.1恒定的温度(TEMP)
通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。
3.5.2.2 热流率(HEAT)
热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元(如传导杆、辐射连接单元等)模型中,而这些线单元模型通常不能直接施加对流和热流密度载荷。
如果输入的值为正,表示热流流入节点,即单元获取热量。
如果温度与热流率同时施加在一节点上,则温度约束条件优先。
注意--如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元应该密一些;
特别是与该节点相连的单元的导热系数差别很大时,尤其要注意,不然可能会得到异常的温度值。
因此,只要有可能,都应该使用热生成或热流密度边界条件,这些热荷载即使是在网格较为粗糙的时候都能得到较好的结果。
3.5.2.3 对流(CONV)
对流边界条件作为面载施加于分析模型的外表面上,用于计算与模型周围流体介质的热交换,它仅可施加于实体和壳模型上。
对于线单元模型,可以通过对流杆单元LINK34来定义对流。
3.5.2.4 热流密度(HEAT)
热流密度也是一种面载荷。
当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRANCFD的计算可得到时,可以在模型相应的外表面或表面效应单元上施加热流密度。
如果输入的值为正,表示热流流入单元。
热流密度也仅适用于实体和壳单元。
单元的表面可以施加热流密度也可以施加对流,但ANSYS仅读取最后施加的面载进行计算。
3.5.2.5 热生成率(HGEN)
热生成率作为体载施加于单元上,可以模拟单元内的热生成,比如化学反应生热或电流生热。
它的单位是单位体积的热流率。
下表总结了在热分析中的载荷类型:
表3-9热荷载类型
载荷类型
类别
命令族
GUI路径
温度(TEMP)
约束
D
-Loads-Apply>
-Thermal-Temperature
热流率(HEAT)
力
F
-Thermal-HeatFlow
对流(CONV),热流密度(HFLUX)
面载荷
SF
-Thermal-ConvectionMainMenu>
-Thermal-HeatFlux
热生成率(HGEN)
体载荷
BF
-Thermal-HeatGenerat
下表详细列出了热分析中用于施加载荷,删除载荷,对载荷进行操作、列表的所以命令:
表3-10热荷载相关的命令
实体或有限元模型
实体
施加
删除
列表显示
运算
设置
实体模型
关键点
DK
DKDELE
DKLIST
DTRAN
--
"
有限元模型
节点
DDELE
DLIST
DSCALE
DCUMTUNIF
FK
FKDELE
FKLIST
FTRAN
FDELE
FLIST
FSCALE
FCUM
对流,
热流密度
线
SFL
SFLDELE
SFLLIST
SFTRAN
SFGRAD
面
SFA
SFADELE
SFALIST
SFDELE
SFLIST
SFSCALE
SFGRADSFCUM
SFE
SFEDELE
SFELIST
SFBEAMSFCUMSFFUNSFGRAD
生热率
BFK
BFKDELE
BFKLIST
BFTRAN
BFL
BFLDELE
BFLLIST
BFA
BFADELE
BFALIST
体
BFV
BFVDELE
BFVLIST
BFDELE
BFLI