钢锭加热过程分析解析Word文档下载推荐.docx

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一个直径为500mm，高为800mm的钢锭，初始温度为30℃，被送入1200℃的炉子中加热。

设各表面同时受热，且表面传热系数α=180w/㎡

k，钢锭的热传导系数k=50w/m

℃，密度为7850kg/m³

，比热容为460J/kg

℃。

试计算10min后钢锭的温度分布情况，以及加热过程中钢锭的温度变化情况。

2．问题分析

本题属于瞬态热分析，选用SOLID70三维六面八节点单元进行有限元分析，根据模型本身的对称特点，对钢锭的¼

进行分析，温度采用℃，其他单位采用国际单位制。

3．操作步骤

1.定义分析文件名

执行UtilityMenu→File→ChangeJobname，在弹出对话框中输入Exercise4，单击ok按钮。

2.定义单元类型

MainMenu→Preprocessor→Element→Add/Edit/Delete，在弹出对话框ElementType对话框中单击Add按钮，弹出LibrarySolid和8node70，即八节点六面体热单元，单击ok按钮。

3.定义参数

在命令窗口输入以下参数定义：

R=250E-3

HG=800E-3

AP=180

T1=30

T2=1200

4.定义材料属性

MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，打开DefineMaterialModelBehavior对话框

（1）定义钢锭的导热系数

选中MaterialModelNumber1，执行MaterialModelsAvailable→Thermal→conductivity→Isotropic，在弹出对话框的KXX项输入50，单击ok按钮。

（2）定义钢锭密度

MaterialModelAvailable→Thermal→Density，在DENS项中输入7850，单击ok。

（3）定义钢锭的比热容

MaterialModelAvailable→Thermal→SpecificHeat，在C项中输入460，单击ok。

5。

建立几何模型

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→

Cylinder→ByDimensions，弹出如图所示对话框，在RAD1，RAD2，Z1，Z2，THETA1，THETA2中分别输入R，0，0，HG,

0,90,单击ok，建立¼

圆柱模型。

6，赋予模型材料和单元属性

MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→Pickedvolumes，弹出拾取对话框，单击pickall，弹出MeshAttributes对话框，在MAT和TYPE项中分别选择1和1SOLID70，单击ok。

7，设置网格

MainMenu→Preprocessor→Meshing→SizeCntrls→Manualsize→Global→Size，弹出对话框，在Elementedgelength项输入0.02，单击OK。

8.划分网格

MainMenu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Volumes→Mapped→4to6sided，弹出对话拾取框，单击pickall，拾取所有模型，所得有限元模型如图。

9，施加对流换热边界条件

MainMenu→Solution→Defineloads→Apply→Thermal→convection→onAreas，弹出面拾取对话框，选中Min,Max,Inc,输入1，3，1，如图，按回车键确认，选中模型最外侧的圆弧面，以及上下面，单击ok，弹出如图，在VALI项输入AP，VAL2I项输入T2，单击ok。

10，施加初始温度

MainMenu→Solution→Defineloads→Apply→Thermal→Temperature→UniformTemp，弹出对话框，输入初始温度值30，单击OK。

11，设置求解选项

MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis，弹出NewAnalysis对话框，选中Transient，如图，单击ok，弹出TransientAnalysis对话框，接受默认设置，单击ok。

执行MainMenu→Solution→Loads→Loadsstepopts→time/Frequenc→time-timestep，弹出如图对话框，

在对话框中，TIME项输入1800，DELTIM项输入30，在KBC中选中stepped，AUTOTS,项选择on，在DELTIM,项的minimumtimestepsize项输入30，在DELTIM项的maximumtimestepsize项输入60，单击ok。

12，设置温度偏移量

执行MainMenu→Solution→AnalysisType→AnalysisOptions，弹出StaticorSteady-stateAnalysis对话框，在TOFFST项中输入273，其他保留默认设置，单击ok。

13，输出控制

执行MainMenu→Solution→AnalysisType→Solncontrols，弹出如图对话框，在Frequency中选择Writeeverysubstep，单击ok。

14，存盘

执行Utilitymenu→Select→SelectEverything，选中模型中的所有部分，单击ANSYSToolbar中的save-DB按钮。

15，求解

执行MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，进行计算并存盘。

16，显示温度分布云图

执行MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→Lastset，读取最后一个步的计算结果。

（1）设置图形显示

执行Utilitymenu→PlotCtrls→WindowControls→WindowOptions，弹出WindowOptions对话框，在INF0中选择LegendON，单击ok。

（2）显示温度分布云图

执行MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，在弹出的ContourNodalSolutionData对话框中，选择NodalSolution和NodalTemperature选项，单击ok，得到温度分布如图

（3）读取10min时的计算结果

执行MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→ByPick，弹出载荷选取对话框，，选中时间为600s的载荷子步，单击Read按钮，读取该载荷步的计算结果，单击Close按钮，关闭载荷步的选取对话框。

执行MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，在弹出ContourNodalSolutionData对话框中，选中NodalSolution和NodalTemperature选项，单击ok，得到10min时的温度分布。

（4）将10min温度结果的¼

模型扩展至整个圆柱体

执行Utilitymenu→PlotCtrls→Style→SymmetryExpansion→Periodic/CyclicSymmetry，弹出Periodic/CyclicSymmetryExpansion对话框，选择¼

DihedralSym，单击ok，扩展的温度分布云图如图。

执行Utilitymenu→PlotCtrls→Style→SymmetryExpansion→NoExpansion，再选择Utilitymenu→Plot→Elements，恢复原型。

17,退出ANSYS