有限元瞬态分析.docx
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有限元瞬态分析
有限元与热分析数值仿真大作业
课程：
有限元与热分析数值仿真
授课老师：
钱作勤（老师）
学院：
能动学院
班级：
动力工程152班
姓名：
董理
学号：
1049731602324
2017年1月13日
基于ANSYS的法兰的热分析
一、问题描述（稳态）
法兰（Flange），又叫法兰凸缘盘或突缘。
法兰轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。
法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连，法兰间用衬垫密封。
水泵和阀门，在和管道连接时，这些器材设备的局部，也制成相对应的法兰形状，也称为法兰连接。
凡是在两个平面周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件，一般都称为“法兰”，如通风管道的连接，这一类零件可以称为“法兰类零件”。
法兰是使一种常见产品，为保证法兰的散热性能达到设计要求，从而避免产品因过热造成损坏，需对其进行热分析，计算在实际工况下的温度分布，校核其散热性能。
在Ansys的Workbench环境下使用Geometry模块和Steady-Thermal模块
法兰的基础部分参数为大直径D为92mm，小直径R为15mm，高为30mm，厚度为30mm。
二、问题分析
该问题属于稳态热传导问题。
根据问题的轴对称性（几何结构轴对称、载荷轴对称及边界条件轴对称），可以选择过圆柱体纵剖面的一半建立平面有限元模型，并选择相应的平面热分析单元进行求解；也可选择四分之一个圆柱体建立体有限元模型并选择相应的体单元进行求解。
下面进行求解。
三、求解步骤
ANSYS控制面板GUI操作步骤如下：
第一步：
模型绘图定型
在CATIA绘图软件中绘出法兰的成品图
第二步：
定义材料的属性
（1）在MainMenu中选择MaterialMode,单击对话框右侧的ThermalConducivity输入15.1，以同样的方式输入温度为21。
第三步：
建立几何模型
（1）选择AnalysisSystems>Steady-StateThermal命令，逐个向下点击生成模型图如图所示
第四步：
参数确定
材料的导热系数为400w/（m·k），表面对流换热系数为5w/（m2·k）。
第五步：
网格划分
采用sweep网格划分，如图：
第六步：
导热参数设置
四：
导热过程结果显示：
TOTALMASS= 6.4890
MOM.OFINERTIA MOM.OFINERTIA
CENTEROFMASS ABOUTORIGIN ABOUTCENTEROFMASS
XC= 0.18259E-01 IXX= 0.3377E-01 IXX= 0.3377E-01
YC= 0.59836E-07 IYY= 0.2008E-01 IYY= 0.1792E-01
ZC= 0.40688E-07 IZZ= 0.2008E-01 IZZ= 0.1792E-01
IXY= 0.2098E-06 IXY= 0.2169E-06
IYZ= -0.1487E-07 IYZ= -0.1486E-07
IZX= -0.1228E-06 IZX= -0.1180E-06
***MASSSUMMARYBYELEMENTTYPE***
TYPE MASS
1 6.48899
Rangeofelementmaximummatrixcoefficientsinglobalcoordinates
Maximum=0.367078062atelement5369.
Minimum=2.738995699E-06atelement18302.
***ELEMENTMATRIXFORMULATIONTIMES
TYPE NUMBER ENAME TOTALCP AVECP
1 14974 SOLID87 1.234 0.000082
2 5274 SURF152 0.375 0.000071
TimeatendofelementmatrixformulationCP=4.09375.
ALLCURRENTANSYSDATAWRITTENTOFILENAME=file.rdb
FORPOSSIBLERESUMEFROMTHISPOINT
HTFLOWCONVERGENCEVALUE= 335.5 CRITERION=0.3355
SPARSEMATRIXDIRECTSOLVER.
Numberofequations= 24309, Maximumwavefront= 95
Memoryallocatedforsolver= 75.811MB
Memoryrequiredforin-core= 34.053MB
Optimalmemoryrequiredforout-of-core= 7.604MB
Minimummemoryrequiredforout-of-core= 6.367MB
***NOTE*** CP= 5.141 TIME=20:
46:
57
TheSparseMatrixsolveriscurrentlyrunninginthein-corememory
mode. Thismemorymodeusesthemostamountofmemoryinorderto
avoidusingtheharddriveasmuchaspossible,whichmostoften
resultsinthefastestsolutiontime. Thismodeisrecommendedif
enoughphysicalmemoryispresenttoaccommodateallofthesolver
data.
Sparsesolvermaximumpivot=0.727934792atnode25482TEMP.
Sparsesolverminimumpivot=2.431812852E-02atnode1708TEMP.
Sparsesolverminimumpivotinabsolutevalue=2.431812852E-02atnode
1708TEMP.
EQUILITER 1COMPLETED. NEWTRIANGMATRIX. MAXDOFINC= 68.00
HTFLOWCONVERGENCEVALUE=0.7853E-12 CRITERION=0.6171E-03<< >>>SOLUTIONCONVERGEDAFTEREQUILIBRIUMITERATION 1
***ELEMENTRESULTCALCULATIONTIMES
TYPE NUMBER ENAME TOTALCP AVECP
1 14974 SOLID87 0.609 0.000041
2 5274 SURF152 0.203 0.000039
***NODALLOADCALCULATIONTIMES
TYPE NUMBER ENAME TOTALCP AVECP
1 14974 SOLID87 0.047 0.000003
2 5274 SURF152 0.062 0.000012
***LOADSTEP 1 SUBSTEP 1 COMPLETED. CUMITER= 1
***TIME= 1.00000 TIMEINC= 1.00000
***ANSYSBINARYFILESTATISTICS
BUFFERSIZEUSED=16384
1.500MBWRITTENONELEMENTSAVEDDATAFILE:
file.esav
6.688MBWRITTENONASSEMBLEDMATRIXFILE:
file.full
13.562MBWRITTENONRESULTSFILE:
file.rth
****************************************************
***************FINISHEDSOLVEFORLS1*************
PARAMETER_DS_PROGRESS DELETED.
*GET _WALLASOL FROM ACTI ITEM=TIMEWALL VALUE= 20.7830556
FINISHSOLUTIONPROCESSING
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