课程设计专题讲座newWord文档格式.docx
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MainMenu>
MaterialProps>
MaterialModels→双击MaterialModelAvailable列表框中的Structural\Linear\Elastic\Isotropic选项→在EX和PRXY文本框中分别输入1.93e11和0.3→OK。
Thermal\Conductivity\Isotropic→KXX文本框中输入25.96→OK→Material\Exit。
（三）建立几何模型
1．创建矩形面：
Creat>
Areas>
Rectangle>
ByDimensions→X-coordinate中输入0.127,0.152，Y-coordinate中输入0,0.025→Apply。
在X-coordinate中输入0.127,0.304，Y-coordinate中输入0,0.006→OK。
2．面相加操作：
Operate>
Booleans>
Add>
Areas→PickAll。
3．打开线编号控制：
PlotCtrls>
Numbering→Linenumbers→Numberingshownwith中选择Colors&
numbers→OK。
4．线倒角：
Create>
Lines>
LineFillet→取编号为L11和L13的线→OK→在RADFilletradius中输入0.005→OK。
5．显示线：
Plot>
Line。
6．生成面：
Arbitrary>
ByLines→取编号为L2，L5和L4的线→OK。
7．面相加操作：
（四）生成有限元模型
1．显示工作平面：
UtilityMenu>
WorkPlane>
DisplayWorkplane。
2．打开关键点编号：
PlotCtrls>
Numbering→选择KP→清除Linenumbers→OK。
3．平移工作平面UtilityMenu>
OffsetWPto>
Keypoint→拾取编号为10的关键点→OK。
4．旋转工作平面：
OffsetWPByIncrements→XY,YZ,ZXAngle→0,0,90→Apply。
5．面分解：
MainMenu>
Preprocessor>
Divide>
AreabyWorkPlane→PickAll，将面在工作平面处分为两个面。
6．打开面的编号：
Numbering→选择AreaNumber复选框→OK。
7．平移工作平面：
Keypoint→拾取编号为5的关键点→OK。
8．旋转工作平面：
OffsetWPByIncrements→在XY,YZ,ZXAngles中输入0,90,0→OK。
9．面分解：
AreabyWorkPlane→拾取A3→OK。
10．创建关键点：
Menu>
Create>
Keypoints>
OnLineW/Ratio→拾取L3→OK→在Lineratio（0-1）中输入0.24→OK。
11．平移工作平面：
Keypoint→拾取编号为12的关键点→OK。
12．旋转工作平面：
OffsetWPByIncrements→在XY,YZ,ZXAngles中输入0,-90,0→OK。
13．面分解：
AreabyWorkPlane→拾取A2和A4→OK。
14．关闭工作平面：
DisplayWorkingPlane。
15．打开Pan-Zoom-Rotate工具栏：
PlotCtrls>
Pan,zoom,rotate→WinZoom。
16．线相加操作：
Lines→拾取L9和L14→Apply→拾取L7和L21→OK。
17．设置单元尺寸：
Meshing>
SizeCtrls>
Manulsize>
GlobalSize→在SIZE中输入0.003→OK。
18．划分映射网格：
Mesh>
Mapped>
3or4sided→拾取A1，A3，A5和A6→OK。
19．对A7划分网格：
Bycorners→拾取A7→拾取编号为5，14，9和10的关键点→OK。
20．保存网格结果：
Files>
Saveas→在SaveDatabaseTo下拉列表框中输入thermal-pipe-mesh.db→OK，如图1.1.2所示。
图1.1.2网格图形
（五）施加载荷及求解
1．在线上施加对流载荷：
Solution>
Defineloads>
Apply>
Thermal>
Convection>
Onlines→拾取L2，L6，L13和L11→OK→VALI和VAL2I中分别输入62.3及39→Apply→拾取L9和L8→OK→在VALI和VAL2I中分别输入249.23及250→OK，加载后如图1.1.3所示。
图1.1.3加载图形
2．求解：
Solve>
CurrentLS→File>
Close→SolveCurrentLoadStep→OK→Solutionisdone→Close。
3．保存结果文件：
Saveas→在SaveDatabaseTo中输入thermal-pipe-solve.db→OK。
（六）后处理
1．绘制温度分布云图：
GeneralPostproc>
PlotResults>
ContourPlot>
Nodalsolu→选择DOFsolution下的NodalTemperature→OK。
2．绘制热流量分布云图：
Nodalsolu→选择DOFsolution下的thermalfluxvectorsum→OK。
3．绘制热梯度分布云图：
Contour>
PlotNodalsolu→DOFsolution下的thermalgradientvectorsum→OK。
三、命令流方式
/FILNAME,pipe-thermal,0
/TITLE,2daxisymmetricalpipe-thermalanalysis
/PREP7
ET,1,PLANE77
KEYOPT,1,1,0
KEYOPT,1,3,1!
单元行为是轴对称
!
=======================================定义材料属性
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,1.93e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,KXX,1,,25.96
=======================================建模
RECTNG,0.127,0.152,0,0.025,
RECTNG,0.127,0.304,0,0.006,
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-2
AADD,P51X!
布尔操作面相加
/PNUM,LINE,1!
打开线号
LFILLT,11,13,0.005,,!
做线的倒角
LPLOT!
画线
FLST,2,3,4
FITEM,2,4
FITEM,2,5
FITEM,2,2
AL,P51X!
生成任意面
FITEM,2,3
面相加
======================================生成有限元模型
WPSTYLE,,,,,,,,1!
显示工作平面
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,0!
打开关键点好，关闭线号
KWPAVE,10!
偏移工作平面至关键点10
wprot,0,0,90!
旋转工作平面
/REPLOT,RESIZE
ASBW,2!
按照工作平面把面分解
/PNUM,AREA,1
KWPAVE,5!
偏移工作平面至关键点5
wprot,0,90,0
ASBW,3!
KL,3,0.24,,!
在线3上创建一个线比率为0.24的关键点
KWPAVE,12
wprot,0,-90,0
ASBW,P51X!
分割面2和面4
WPSTYLE,,,,,,,,0!
关闭工作平面
FLST,2,2,4,ORDE,2
FITEM,2,9
FITEM,2,14
LCOMB,P51X,,0!
线9和14相加
FITEM,2,7
FITEM,2,21
线7和21相加
ESIZE,0.003,0,
FLST,5,4,5,ORDE,4
FITEM,5,1
FITEM,5,3
FITEM,5,5
FITEM,5,-6
CM,_Y,AREA
ASEL,,,,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'
AREA'
CMSEL,S,_Y
MSHKEY,1
AMESH,_Y1
MSHKEY,0
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2!
划分面1，3，5和6
ALLSEL,ALL
AMAP,7,5,14,9,10!
对面7进行分网
============================施加载荷求解
FINISH
/SOL
FLST,2,4,4,ORDE,4
FITEM,2,6
FITEM,2,11
FITEM,2,13
/GO
SFL,P51X,CONV,62.3,,39,!
在线2，6，13，11上施加对流载荷
FITEM,2,8
FITEM,2,-9
SFL,P51X,CONV,249.23,,250,!
在线8，9上施加对流载荷
/STATUS,SOLU
SOLVE
=============================后处理
/POST1
/EFACET,1
PLNSOL,TEMP,,0!
画节点温度
PLNSOL,TF,SUM,0!
画热流量分布云图
PLNSOL,TG,SUM,0!
画热梯度分布云图
1.1.2间接法计算冷却栅管的热应力
一、GUI操作方式
（一）恢复数据库文件
File>
Resumeform→在ResumeSatabaseform中选择thermal-pipe-solve.db→OK。
如果完成1.1节且未推出ANSYS，则可省略此步骤。
（二）改变工作标题和分析类型
1．改变工作标题：
ChangeTitle→输入2daxisymmetricalpipethermal-stressanalysis→OK。
2．改变分析类型：
Mainmenu>
Preferences→选择Structural→OK。
（三）转换单元类型及重新设计材料属性
1．删除对流边界：
Delete>
AllloadData>
AllSolidModLds→OK。
2．转换单元类型为结构单元：
ElementType>
SwithElemType→选择Thermaltostruc→OK→Close。
3．设置单元为轴对称：
Add/Edit/Delete→Options→在K3中选择Axisymmetric→OK。
4．设置材料的线膨胀系数：
MaterialProps>
MaterialModels→双击MaterialModelAvailable→Structural\ThermalExpansion\SecantCoefficient\Isotropic→ALPX中输入1.62e-5→OK→Material>
Exit。
（四）施加结构分析载荷及求解
1．施加对称边界条件：
Solution>
DefineLoads>
Apply>
Structural>
Displacement>
SymmetryB.C.>
OnLines→拾取L19，L7，L4→Apply→L12，L17→OK。
2．显示线：
Plot>
3．施加节点温度载荷：
Temperature>
FormTempAnaly→点击Browse…→读入Pipe_thermal.rth→OK。
4．在管的内壁施加面载荷：
Pressure>
OnLines→在VALUE中输入6.89e6→OK。
5．显示节点的温度体载荷：
Symbols→选择BodyLoadSymbols为Structuraltemps→OK。
6．单元显示：
Element。
7．求解：
CurrentLS→SolveCurrentLoadStep→File>
Close→SolveCurrentLoadStep→OK→Close。
8．保存结果文件：
Saveas→SaveDatabaseTo中输入thermal-stress-pipe-solve.db→OK。
（五）普通后处理
1．显示变形的形状：
GeneralPostproc>
DeformedShaped→选择Def+undeformed→OK。
2．显示位移云图：
NodalSolu，→选择DOFSolution下的Displacementvectorsum→OK。
3．显示VonMises应力分布云图：
NodalSolu→选择stress下的vonMisesstress→OK。
（六）扩展后处理（针对轴对称结构）
1．绕Y方向扩展1/4：
PlotCtrls>
Style>
SymmetryExpansion\2DAxisymmetric→选择1/4expansion→选中AlsoreflectaboutX-Zplane为yes状态→OK。
2．转化视角：
Pan-Zoom-Rotate→ISO。
3．显示轴向应力云图：
NodalSolu→选择stress下的Y-Componentofstress→OK。
4．显示环向应力云图：
NodalSolu→选择stress下的Z-Componentofstress→OK。
二、命令流方式
RESUME,thermal-pipe-solve,db
/TITLE,2daxisymmetricalpipethermal-stressanalysis
KEYW,PR_STRUC,1!
结构分析
LSCLEAR,SOLID!
删除对流边界
ETCHG,TTS!
转换单元类型，将热单元转换为结构单元
KEYOPT,1,3,1
KEYOPT,1,6,0
KEYOPT,1,10,0!
设置单元属性为轴对称
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,1.62e-5!
设置材料的线膨胀系数
===========================施加结构分析载荷并求解
FLST,2,3,4,ORDE,3
FITEM,2,19
DL,P51X,,SYMM
FITEM,2,12
FITEM,2,17
LPLOT
LDREAD,TEMP,,,,,'
pipe-thermal'
'
rth'
'
!
把热分析结果读进来，
施加节点温度载荷
SFL,P51X,PRES,6.89e6,!
施加内壁压力
=============================普通后处理
PLDISP,1!
画变形云图
PLNSOL,U,SUM,0,1.0!
画总位移云图
PLNSOL,S,EQV,0,1.0!
画等效应力图
PLNSOL,S,X,0,1.0!
画X方向应力图
==============================扩展后处理
/EXPAND,9,AXIS,,,10,,2,RECT,HALF,,0.00001
/VIEW,1,1,1,1
PLNSOL,S,Y,0,1.0
PLNSOL,S,Z,0,1.0
1.2.2直接法冷却栅热应力分析
一、问题描述
一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气，假定冷却栅无限长，根据冷却栅结构的对称性特点如图1（a），可以构造出有限元分析简化模型如图1（b）。
尺寸参数：
轴对称的冷却栅半径为R1=0.304m，R2=0.152m，R3=0.127m；
宽度为H1=0.05m，H2=0.012m。
材料参数：
弹性模量E=1.93E11Pa
泊松比=0.3
导热系数k=25.96W/m°
C
热膨胀系数=1.62E-5
管内：
压力6.89MPa
流体温度250°
对流系数（膜系数）249.23W/m^2°
管外：
流体（空气）温度39°
对流系数
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