1、ANSYS熱分析指南一 ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析ANSYS熱分析指南（第三章）第三章穩(wěn)態(tài)熱分析3.1穩(wěn)態(tài)傳熱的定義ANSYS/Multiphysics, ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRAN 和ANSYS/Professional這些產(chǎn)品支持穩(wěn)態(tài)熱分析。穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載 荷對(duì)系統(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析以前，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確 定初始溫度分布。也可以在所有瞬態(tài)效應(yīng)消失后，將穩(wěn)態(tài)熱分析作為瞬態(tài)熱分 析的最后一步進(jìn)行分析。穩(wěn)態(tài)熱分析可以計(jì)算確定由于不隨時(shí)間變化的熱載荷引起的溫度、熱梯 度、熱流率、熱流密度等參數(shù)。這些熱載荷包括：對(duì)流輻射熱流率熱流密度（單

2、位面積熱流）熱生成率（單位體積熱流）固定溫度的邊界條件穩(wěn)態(tài)熱分析可用于材料屬性固定不變的線性問題和材料性質(zhì)隨溫度變化的非線 性問題。事實(shí)上，大多數(shù)材料的熱性能都隨溫度變化，因此在通常情況下，熱 分析都是非線性的。當(dāng)然，如果在分析中考慮輻射，則分析也是非線性的。3.2熱分析的單元ANSYS和ANSYS/Professional中大約有40種單元有助于進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析。有 關(guān)單元的詳細(xì)描述請(qǐng)參考ANSYS Element Reference，該手冊(cè)以單元編號(hào)來 講述單元，第一個(gè)單元是LINK1。單元名采用大寫，所有的單元都可用于穩(wěn)態(tài) 和瞬態(tài)熱分析。其中SOLID70單元還具有補(bǔ)償在恒定速度場(chǎng)下由于傳質(zhì)

3、導(dǎo)致的 熱流的功能。這些熱分析單元如下：表3-1二維實(shí)體單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度PLANE35二維六節(jié)點(diǎn)三角形單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）PLANE55二維四節(jié)點(diǎn)四邊形單兀溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）PLANE75二維四節(jié)點(diǎn)諧單兀溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）PLANE77二維八節(jié)點(diǎn)四邊形單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）PLANE38二維八節(jié)點(diǎn)諧單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）表3-2三維實(shí)體單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度SOLID70三維八節(jié)點(diǎn)六面體單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）SOLID87三維十節(jié)點(diǎn)四面體單兀溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）SOLID90三維二十節(jié)點(diǎn)六單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）表3-3輻射連接單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度LINK31二維或三維二節(jié)點(diǎn)線單兀溫度

4、（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）表3-4傳導(dǎo)桿單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度LINK32二維二節(jié)點(diǎn)線單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）LINK33三維二節(jié)點(diǎn)線單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）表3-5對(duì)流連接單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度LINK34三維二節(jié)點(diǎn)線單元溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）表3-6殼單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度SHELL57三維四節(jié)點(diǎn)四邊形單兀溫度（每個(gè)節(jié)點(diǎn)）表3-7耦合場(chǎng)單元單元維 數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度PLANE13維四節(jié)點(diǎn)熱-應(yīng)力耦合單元溫度、結(jié)構(gòu)位移、電位、磁矢量 位CONTACT48維三節(jié)點(diǎn)熱-應(yīng)力接觸單元溫度、結(jié)構(gòu)位移CONTACT49維熱-應(yīng)力接觸單元溫度、結(jié)構(gòu)位移FLUID116維二或四節(jié)點(diǎn)熱-流單元溫度、壓力SOLID5維

5、八節(jié)點(diǎn)熱-應(yīng)力和熱-電單 元溫度、結(jié)構(gòu)位移、電位、磁標(biāo)量 位SOLID98維十節(jié)點(diǎn)熱-應(yīng)力和熱-電單 元溫度、結(jié)構(gòu)位移、電位、磁矢量 位PLANE67維四節(jié)點(diǎn)熱-電單元溫度、電位LINK68維兩節(jié)點(diǎn)熱-電單兀溫度、電位SOLID69維八節(jié)點(diǎn)熱-電單元溫度、電位SHELL157維四節(jié)點(diǎn)熱-電單元溫度、電位表3-8特殊單元單元維數(shù)形狀及特點(diǎn)自由度MASS71一維到三維一個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量單元沮座 溫度COMBINE37一維四節(jié)點(diǎn)控制單元溫度、結(jié)構(gòu)位移、轉(zhuǎn) 動(dòng)、壓力SURF151二維二到四節(jié)點(diǎn)面效應(yīng)單 元沮座 溫度SURF152三維四到九節(jié)點(diǎn)面效應(yīng)單 元沮座 溫度MATRIX50由包括在超單元中 的單元類

6、型決定沒有固定形狀的矩陣 或輻射矩陣超單元由包括在超單元中的 單元類型決定INFIN9二維二節(jié)點(diǎn)無限邊界單兀溫度、磁矢量位INFIN47三維四節(jié)點(diǎn)無限邊界單兀溫度、磁矢量位COMBINE14一維到三維兩節(jié)點(diǎn)彈簧-阻尼單 元溫度、結(jié)構(gòu)位移、轉(zhuǎn) 動(dòng)、壓力COMBINE39一維兩節(jié)點(diǎn)非線性彈簧單 元溫度、結(jié)構(gòu)位移、轉(zhuǎn) 動(dòng)、壓力COMBINE40一維兩節(jié)點(diǎn)組合單兀溫度、結(jié)構(gòu)位移、轉(zhuǎn) 動(dòng)、壓力3.3熱分析的基本過程ANSYS熱分析包含如下三個(gè)主要步驟：前處理：建模求解：施加荷載并求解后處理：查看結(jié)果以下的內(nèi)容將講述如何執(zhí)行上面的步驟。首先，對(duì)每一步的任務(wù)進(jìn)行總體 的介紹，然后通過一個(gè)管接處的穩(wěn)態(tài)熱分析的

7、實(shí)例來引導(dǎo)讀者如何按照GUI路 徑逐步完成一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱分析。最后，本章提供了該實(shí)例等效的命令流文件。3.4建模建立一個(gè)模型的內(nèi)容包括：首先為分析指定jobname和title ；然后在前處 理器（PREP7）中定義單元類型，單元實(shí)常數(shù)，材料屬性以及建立幾何實(shí)體。ANSYS Modeling and Meshing Guide中對(duì)本部分有詳細(xì)說明。對(duì)于熱分析有：定義單元類型命令：ETGUI : Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete定義固定材料屬性命令：MPGUI : Main MenuPreprocessorMaterial PropsM

8、aterialModelsThermal定義溫度相關(guān)的材料屬性，首先要定義溫度表，然后定義對(duì)應(yīng)的材料屬性 值。通過下面的方法定義溫度表命令:MPTEMP或MPTEGN，然后定義對(duì)應(yīng)的材料屬性，使用MPDATAGUI : Main MenuPreprocessorMaterial Props Material ModelsThermal對(duì)于溫度相關(guān)的對(duì)流換熱系數(shù)也是通過上述的GUI路徑和命令來定義的。注意一如果以多項(xiàng)式的形式定義了與溫度相關(guān)的膜系數(shù)，則在定義其它具 有固定屬性的材料之前，必須定義一個(gè)溫度表。創(chuàng)建幾何模型及劃分劃分網(wǎng)格的過程，請(qǐng)參閱ANSYS Modeling and Meshin

9、g Guide3.5施加荷載和求解在這一步驟中，必須指定所要進(jìn)行的分析類型及其選項(xiàng)，對(duì)模型施加荷 載，定義荷載選項(xiàng)，最后執(zhí)行求解。指定分析類型在這一步中，可以如下指定分析類型：GUI: Main MenuSolutionNew AnalysisSteady-state（static）命令：ANTYPE,STATIC,NEW如果是重新啟動(dòng)以前的分析，比如，附加一個(gè)荷載。命令： ANTYPE,STATIC, rest。（條件是先前分析的jobname.ESAV、jobname.DB等文件是可以利用的）施加荷載可以直接在實(shí)體模型（點(diǎn)、線、面、體）或有限元模型（節(jié)點(diǎn)和單元）上 施加載荷和邊界條件，這些

10、載荷和邊界條件可以是單值的，也可以是用表格或 函數(shù)的方式來定義復(fù)雜的邊界條件，詳見ANSYS基本分析過程指南。可以定義以下五種熱載荷：3.5.2.1 恒定的 溫度 （TEMP）通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。熱流率（曲入丁）熱流率作為節(jié)點(diǎn)集中載荷，主要用于線單元（如傳導(dǎo)桿、輻射連接單元 等）模型中，而這些線單元模型通常不能直接施加對(duì)流和熱流密度載荷。如果 輸入的值為正，表示熱流流入節(jié)點(diǎn)，即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時(shí) 施加在一節(jié)點(diǎn)上，則溫度約束條件優(yōu)先。注意一如果在實(shí)體單元的某一節(jié)點(diǎn)上施加熱流率，則此節(jié)點(diǎn)周圍的單元應(yīng) 該密一些；特別是與該節(jié)點(diǎn)相連的單元的導(dǎo)熱系數(shù)差別很大時(shí)，尤其

11、要注意， 不然可能會(huì)得到異常的溫度值。因此，只要有可能，都應(yīng)該使用熱生成或熱流 密度邊界條件，這些熱荷載即使是在網(wǎng)格較為粗糙的時(shí)候都能得到較好的結(jié) 果。對(duì)流（CONV）對(duì)流邊界條件作為面載施加于分析模型的外表面上，用于計(jì)算與模型周圍 流體介質(zhì)的熱交換，它僅可施加于實(shí)體和殼模型上。對(duì)于線單元模型，可以通 過對(duì)流桿單元LINK34來定義對(duì)流。熱流 密度 （HEAT）熱流密度也是一種面載荷。當(dāng)通過單位面積的熱流率已知或通過FLOTRAN CFD的計(jì)算可得到時(shí)，可以在模型相應(yīng)的外表面或表面效應(yīng)單元上施加熱流密 度。如果輸入的值為正，表示熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實(shí)體和殼單元。單元的表面可以施加熱

12、流密度也可以施加對(duì)流，但ANSYS僅讀取最后施加 的面載進(jìn)行計(jì)算。3.5.2.5 熱生成率（HGEN）熱生成率作為體載施加于單元上，可以模擬單元內(nèi)的熱生成，比如化學(xué)反 應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。下表總結(jié)了在熱分析中的載荷類型：表3-9熱荷載類型載荷類型類別命令族GUI路徑溫度（TEMP）約 束DMain MenuSolution-Loads-Apply -ThermalTemperature熱流率（HEAT）力FMain MenuSolution-Loads-Apply -ThermalHeat Flow對(duì)流（CONV）,面Main MenuSolution-Loads-A

13、pply -Thermal-熱流密度載SFConvectionMain MenuSolution-Loads-Apply -(HFLUX)荷Thermal-Heat Flux熱生成率體 載 荷BFMain MenuSolution-Loads-Apply -Thermal-(HGEN)Heat Generat下表詳細(xì)列出了熱分析中用于施加載荷，刪除載荷，對(duì)載荷進(jìn)行操作、列表的所以命令：表3-10熱荷載相關(guān)的命令載荷類型實(shí)體或 有限元 模型實(shí)體施加刪除列表顯 示運(yùn)算設(shè)置沮座 溫度實(shí)體模 型關(guān) 鍵 點(diǎn)DKDKDELEDKLISTDTRAN有限元節(jié)DDDELEDLISTDSCALEDCUMTUNIF

14、模型點(diǎn)熱流 率實(shí)體模 型關(guān) 鍵 點(diǎn)FKFKDELEFKLISTFTRAN-有限元 模型節(jié) 點(diǎn)FFDELEFLISTFSCALEFCUM對(duì)* 流L,熱流密度實(shí)體模 型線SFLSFLDELESFLLISTSFTRANSFGRAD實(shí)體模 型面SFASFADELESFALISTSFTRANSFGRAD有限元 模型節(jié) 點(diǎn)SFSFDELESFLISTSFSCALESFGRADSFCUM有限元 模型單 元SFESFEDELESFELISTSFSCALESFBEAMSFCUMSFFUNSFGRAD生熱 率實(shí)體模 型關(guān) 鍵 點(diǎn)BFKBFKDELEBFKLISTBFTRAN-實(shí)體模 型線BFLBFLDELEBFL

15、LISTBFTRAN-實(shí)體模 型面BFABFADELEBFALISTBFTRAN-實(shí)體模 型體BFVBFVDELEBFVLISTBFTRAN-有限元 模型節(jié) 點(diǎn)BFBFDELEBFLISTBFSCALEBFCUM單 元BFEBFEDELEBFELISTBFSCALEBFCUM采用表格和函數(shù)邊界條件除了一般的使用表格來定義邊界條件的方法，本節(jié)討論熱分析中特有的一 些問題。關(guān)于定義表參數(shù)的詳細(xì)敘述，請(qǐng)參考ANSYS APDL ProgrammersGuide。本節(jié)內(nèi)容對(duì)單元類型沒有特別的限制。下表列出了熱分析中能夠用于每 種邊界條件的自變量：表3-11荷載邊界條件及其自變量熱邊界條件命令族自變量固

16、定溫度DTIME, X, Y, Z熱流FTIME, X, Y, Z, TEMP對(duì)流換熱系數(shù)（對(duì)流）SFTIME, X, Y, Z, TEMP, VELOCITY環(huán)境溫度（對(duì)流）SFTIME, X, Y, Z熱流密度SFTIME, X, Y, Z, TEMP熱生成BFTIME, X, Y, Z, TEMP流體單元（FLUID116）邊界條件流率SFETIME壓力DTIME, X, Y, Z后面有一個(gè)例題詳細(xì)介紹在一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱分析中如何采用表格邊界條件。為了使用更加靈活的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可以使用函數(shù)的方式來定義邊界條件。有關(guān)這種用法的詳細(xì)說明，可以參考ANSYS Basic Analysis Proce

17、duresGuide。除了上述自變量外，函數(shù)邊界條件還可用下面的參數(shù)作為函數(shù)的自變量.表面溫度（TS）（SURF151、SURF152單元的表面溫度）密度（戶）（材料屬性DENS）比熱（材料屬性C）導(dǎo)熱率（材料屬性kxx）導(dǎo)熱率（材料屬性kyy）導(dǎo)熱率（材料屬性kzz）粘度（材料屬性）定義載荷步選項(xiàng)對(duì)于一個(gè)熱分析，可以確定通用選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出控制。下表列出了熱分析中可能用到的載荷步選項(xiàng)：表3-12分析中的載荷步選項(xiàng)選項(xiàng)命令GUI路徑通用選項(xiàng)時(shí)間TIMEMain MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step時(shí)間步數(shù)NSUB

18、STMain MenuSolution -Load Step Opts-Time/FrequencTime and Substps時(shí)間步長(zhǎng)DELTIMMain MenuSolution -Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step階躍或斜坡加 載KBCMain MenuSolution -Load Step Opts-Time/FrequencTime -Time Step非線性選項(xiàng)最大平衡迭代 數(shù)NEQITMain MenuSolution -Load Step Opts-NonlinearEquilibrium Iter自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)AUTOTSMa

19、in MenuSolution -Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step收斂容差CNVTOLMain MenuSolution -Load Step Opts-NonlinearConvergence Crit求解中斷選項(xiàng)NCNVMain MenuSolution -Load Step Opts-NonlinearCriteria to Stop線性搜索選項(xiàng)LNSRCHMain MenuSolution -Load Step Opts-NonlinearLine Search預(yù)測(cè)-矯正因 子PREDMain MenuSolution -Load S

20、tep Opts-NonlinearPredictor輸出控制選項(xiàng)打印輸出OUTPRMain MenuSolution -Load Step Opts-Output CtrlsSolu Printout數(shù)據(jù)庫和結(jié)果 文件輸出OUTRESMain MenuSolution -Load Step Opts-OutputCtrlsDB/Results File結(jié)果外插ERESXMain MenuSolution -Load Step Opts-OutputCtrlsIntegration Pt通用選項(xiàng)時(shí)間選項(xiàng)該選項(xiàng)定義載荷步的結(jié)束時(shí)間，雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析來說，時(shí)間選項(xiàng)并沒 有實(shí)際的物理意義，但它提供

21、了一個(gè)方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。缺省情況下，第一個(gè)荷載步結(jié)束的時(shí)間是1.0，此后的荷載步對(duì)應(yīng)的時(shí)間強(qiáng) 逐次加1.0。每載荷步中子步的數(shù)量或時(shí)間步大小對(duì)于非線性分析，每一載荷步需要多個(gè)子步。缺省情況下每個(gè)荷載步有一 個(gè)子步。階躍或斜坡加載如果定義階躍載荷，則載荷值在這個(gè)載荷步內(nèi)保持不變；如果為斜坡加載，則載荷值在當(dāng)前載荷步的每一子步內(nèi)線性變化。非線性選項(xiàng)如果存在非線性則需要定義非線性荷載步選項(xiàng)，包括平衡迭代次數(shù)本選項(xiàng)設(shè)置每一子步允許的最大迭代次數(shù)，默認(rèn)值為25,對(duì)大多數(shù)非線性 熱分析問題已經(jīng)足夠。自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)于非線性問題，可以自動(dòng)設(shè)定子步間載荷的增量，保證求解的穩(wěn)定性和 準(zhǔn)確性。收斂容

22、差只要運(yùn)算滿足所說明的收斂判據(jù)，程序就認(rèn)為它收斂，收斂判據(jù)可以基于 溫度、也可以是熱流率，或二者都有。在實(shí)際定義時(shí)，需要說明一個(gè)典型值（CNVTOL命令的VALUE域）和收斂容差（TOLER域），程序?qū)ALUE*TOLER的值視為收斂判據(jù)。例如，如說明溫度的典型值為500，容差為0.001，那么收斂判據(jù) 則為0.5度。對(duì)于溫度，ANSYS將連續(xù)兩次平衡迭代之間節(jié)點(diǎn)上溫度的變化量與收斂準(zhǔn)則進(jìn)行比較來判斷是否收斂。就上面的例子來說,如果在某兩次平衡迭代間，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度變化都小于0.5度，則認(rèn)為求解收斂。對(duì)于熱流率，ANSYS比較不平衡載荷矢量與收斂標(biāo)準(zhǔn)。不平衡載荷矢量表示 所施加的熱流與內(nèi)部（

23、計(jì)算）熱流之間的差值。ANSYS公司推薦VALUE值由缺省確定，TOLER的值缺省為1.0e-3。求解結(jié)束選項(xiàng)僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝35假如在規(guī)定平衡迭代數(shù)內(nèi)，其解并不收斂，那么ANSYS程序會(huì)根據(jù)用戶設(shè)置的終止選項(xiàng)，來決定程序停止計(jì)算或是繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)載荷步。線性搜索設(shè)置本選項(xiàng)可使ANSYS用Newton-Raphson方法進(jìn)行線性搜索預(yù)測(cè)-矯正本選項(xiàng)在每一子步的第一次迭代時(shí)，對(duì)自由度求解進(jìn)行預(yù)測(cè)矯正3.5.6. 1用圖形跟蹤收斂進(jìn)行非線性熱分析時(shí)，ANSYS在每次平衡迭代完成后，都計(jì)算收斂范數(shù)，并 與相應(yīng)的收斂標(biāo)準(zhǔn)比較。不管是使用在批處理還是交互式方式的方法，都可以 在

24、計(jì)算過程中，使用圖形求解跟蹤（GST）來顯示計(jì)算的收斂范數(shù)和收斂標(biāo)準(zhǔn)。 在交互式時(shí)，缺省為圖形求解跟蹤（GST）打開，批處理運(yùn)行時(shí)，缺省為GST關(guān) 閉。使用下面的方法可以，可打開或關(guān)閉GST：命令：/GSTGUI： Main MenuSolutionLoad Step Opts-Output CtrlsGrph Solu Track下圖是一個(gè)典型的GST圖形。圖3-1使用GST追蹤收斂范數(shù)輸出控制可以控制下列三種輸出：控制打印輸出本選項(xiàng)控制將何種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到打印輸出文件(jobname.out)中。控制數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件輸出該選項(xiàng)控制將何種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到結(jié)果文件(jobname.rth)中。外

25、推結(jié)果該選項(xiàng)可將單元積分點(diǎn)結(jié)果拷貝到節(jié)點(diǎn)上，而不是按常規(guī)的方式外推到節(jié) 點(diǎn)上(缺省采用外推方式)。定義分析選項(xiàng)可考慮的分析選項(xiàng)有：Newton-Raphson選項(xiàng)。該選項(xiàng)僅對(duì)非線性分析有用，用以定義在求解過程 中切線矩陣的更新頻率，有四種選擇：Program-chosen （程序選擇，此為默認(rèn)值，在熱分析中建議采用）Full （完全法）Modified （修正法）Initial Stiffness （初適剛度法）注意一對(duì)于單物理場(chǎng)非線性熱分析，ANSYS通常采用全N-R算法。要定義該選項(xiàng)，或打開/關(guān)閉N-R自適應(yīng)下降功能（只對(duì)全N-R法有效）， 方發(fā)如下：命令：NROPTGUI： Main M

26、enuSolutionUnabridged MenuAnalysis Options選擇求解器ANSYS中可以選擇下列的求解器：Sparse求解器（靜態(tài)和全瞬態(tài)分析的默認(rèn)求解器）Frontal求解器Jacobi Conjugate Gradient（JCG）求解器JCG out-of-memory 求解器Incomplete Cholesky Conjugate Gradient（ICCG）求解器Pre-Conditioned Conjugate Gradient （PCG） 求解器PCG out-of-memory 求解器Algebraic Multigrid （AMG）求解器Distrib

27、uted Domain Solver （DDS）求解器Iterative （程序自動(dòng)選擇求解器）注意-AMG和DDS求解器屬并行求解器，需要單獨(dú)的ANSYS產(chǎn)品支持。在 ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide中對(duì)并行求解有更詳細(xì)描述。選擇求解器的方法如下：命令：EQSLVGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options注意：對(duì)于不含超單元（輻射分析中用AUX12可產(chǎn)生超單元）的熱分析模 型，可選用Iterative（快速求解）求解器，但對(duì)于含相變的傳熱問題，則不 建議采用（可用sparse或frontal求解器）。該求解器在

28、解算過程中不生成 Jobname.EMAT 和 Jobname.EROT 文件。定義溫度偏移溫度偏移為當(dāng)前所采用溫度系統(tǒng)的零度與絕對(duì)零度之間的差值。溫度偏移 包含在相關(guān)單元（諸如有輻射效應(yīng)或蠕變特性的的單元）計(jì)算中。偏移溫度輸 入可以是攝氏度，也可以是華氏度，在進(jìn)行熱輻射分析時(shí)，要將目前的溫度值 換算為絕對(duì)溫度。如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)定為273；如果使 用的是華氏度，則為460。在后處理中，不同的溫度可以用同樣的方法進(jìn)行處 理。設(shè)置溫度偏移的方式如下：命令：TOFFSTGUI：Main MenuSolutionAnalysis Options保存模型在完成了加載和指定分析類型后，

29、通常建議保存數(shù)據(jù)庫文件，以備在求解 過程中由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失后能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。命令：SAVEGUI:點(diǎn)擊 ANSYS 工具條 SAVE_DB求解命令：SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入熱結(jié)果文件jobname.rth中，該文件包含如下數(shù) 據(jù):基本數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)溫度導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度（TFX, TFY, TFZ, TFSUM）節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度(TGX, TGY, TGZ, TGSUM)單元熱流率節(jié)點(diǎn)的反作用熱流率其它可以用通用后處理器POST1進(jìn)行后處理，下面將講述在熱分析中典型的后 處理功能。關(guān)于后

30、處理的完整描述，可參閱ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。注意：在通用后處理器中查看結(jié)果時(shí)，數(shù)據(jù)庫必須與結(jié)果有相同的模型(可以使用命令RESUME恢復(fù)模型)。此外，結(jié)果文件jobname.rth必須可用。讀入結(jié)果進(jìn)入POST1后，首先應(yīng)讀入想要看的載荷步和子步的計(jì)算結(jié)果：命令：SETGUI: Main MenuGeneral Postproc-Read Results-By Load Step可通過編號(hào)選擇要讀入的載荷步，可以直接讀入第一載荷步、或最后載荷 步、或下一載荷步等。如果是使用GUI，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框提示選擇要讀入 的荷載步。用SET命令的T

31、IME域可讀入指定時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，如在指定時(shí)刻無 計(jì)算結(jié)果，則程序根據(jù)附近時(shí)間點(diǎn)的值線性插值計(jì)算得到此時(shí)刻的結(jié)果。查看結(jié)果圖3-2結(jié)果顯示云圖彩色云圖顯示命令：PLESOL, PLETAB 或 PLNSOLGUI： Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsElement SoluMain MenuGeneral PostprocPlot ResultsElem TableMain MenuGeneral PostprocPlot ResultsNodal Solu矢量圖顯示命令：PLVECTGUI： Main MenuGeneral PostprocPlot

32、ResultsPre-defined or Userdefined圖3-2矢量結(jié)果顯示列表顯示命令：PRESOL, PRNSOL, PRRSOLGUI： Main MenuGeneral PostprocList ResultsElement SolutionMain MenuGeneral PostprocList ResultsNodal SolutionMain MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu3.6穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例1 -帶接管的圓筒罐本例講述了如何逐步對(duì)一個(gè)帶接管的圓筒罐進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，包括批處理 的方式和GUI的方式。問題描述

33、本例題的主要部分為一個(gè)圓筒形罐，其上沿徑向有一材料一樣的接管（如圖4所所示），罐內(nèi)流動(dòng)著450F（232C）的高溫流體，接管內(nèi)流動(dòng)著100F（38 C）的低溫流體，兩個(gè)流體區(qū)域由薄壁管隔離。罐的對(duì)流換熱系接管的對(duì)流換熱系數(shù)隨管壁溫度數(shù)為 250Btu/hr-ft2-oF (1420watts/m2-K)而變，它的熱物理性能如表3-13所示。要求計(jì)算罐與接管的溫度分布注意：注意：本例只是很多可能的熱分析中的一個(gè)，并不是所有的熱分析 都完全按照與本例相同的步驟。材料屬性及其周圍的環(huán)境條件決定了一個(gè)分析 應(yīng)該包括哪些步驟。表3-13實(shí)例的材料屬性溫度70200300400500oF密度0.2850.

34、2850.2850.2850.285lb/in3導(dǎo)熱系數(shù)8.358.909.359.810.23Btu/hr-ft-oF比熱0.1130.1170.1190.1220.125Btu/lb-oF對(duì)流換熱系數(shù)426405352275221Btu/hr-ft2-oF圖3-3圓柱罐與接管的相接模型（所有單位均為英制）終櫥:外徑出二3.0分析模型只建立圖中切 下來的那一部缶接管：內(nèi)徑di=2.6接管：內(nèi)徑 di=Q；.S外徑d。二1.0分析方法取四分之一對(duì)稱模型進(jìn)行分析。假定罐體足夠長(zhǎng)，使其端部溫度能保 持常數(shù)華氏450度。同樣的假設(shè)也用于Y=0的平面上。建模時(shí)，先定義兩個(gè)圓 柱體，再進(jìn)行“overla

35、p”布爾運(yùn)算。采用映射網(wǎng)格劃分（全六面體網(wǎng)格），分 網(wǎng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)警告信息說有扭曲單元存在，但可以不理會(huì)該警告，因?yàn)樗a(chǎn) 生的扭曲單元遠(yuǎn)離所關(guān)心的區(qū)域（兩個(gè)柱體相交處）。由于材料性質(zhì)與溫度相關(guān)，該分析需要多個(gè)子載荷步（本例用了 50個(gè)子載 荷步），同時(shí)，采用了自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)功能。求解完畢后，溫度云圖和熱流密度 向量圖詳細(xì)顯示了計(jì)算結(jié)果。菜單操作過程設(shè)置分析標(biāo)題1、選擇 “Utility MenuFileChange Title”。2、輸入 “Steady-State analysis of pipe junction”，點(diǎn)擊 “OK”。設(shè)置單位制在命令提示行輸入/UNITS,BIN （該命令無法

36、通過菜單完成）。定義單元類型1、選擇 “Main MenuPreprocesorElement TypeAdd/Edit/Delete”。2、點(diǎn)擊Add,打開單元類型庫對(duì)話框。3、選擇 Thermal Solid， Brick 20 node 90 號(hào)單元，點(diǎn)擊 OK 和 Close 關(guān) 閉單元選擇菜單。定義材料屬性1、選擇 “Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models” 在彈出的材料定義窗口中順序雙擊Thermal選項(xiàng)。2、 點(diǎn)擊Density,彈出一個(gè)對(duì)話框，在DENS框中輸入0.285,材料編號(hào)1 出現(xiàn)在材料定義窗口的左邊。3、在

37、材料定義窗口中順序雙擊Conductivity， Isotropic，彈出一個(gè)對(duì)話 框。4、點(diǎn)擊Add Temperature按鈕四次，增加四列。5、在T1到T5域，分別輸入溫度值：70，200，300，400，500，選擇溫 度行，用Ctrl-C拷貝溫度值。6、在KXX框中，按溫度的順序，序列輸入下列值（注意，各KXX值都要除 以 12，以保證單位制一致）：8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12。7、在材料定義窗口中雙擊Specific Heat，彈出一個(gè)對(duì)話框8、點(diǎn)擊Add Temperature按鈕四次，增加四列9、將鼠標(biāo)置于T1域，用Ctrl-v粘

38、貼5個(gè)溫度值10、在C框中，按溫度的順序，序列輸入下列值0.113，0.117，0.119，0.122，0.12511、在材料定義窗口中選擇MaterialNew Model，建立新材料號(hào)212、在材料定義窗口，雙擊Convection或Film Coef13、點(diǎn)擊Add Temperature按鈕四次，增加四列14、將鼠標(biāo)置于T1域，用Ctrl-v粘貼5個(gè)溫度值15、在HF （對(duì)流換熱系數(shù)）框中，按溫度的順序，序列輸入下列值（注 意，各HF值都要除以1144，以保證單位制一致）426/144，405/144， 352/144， 275/144， 221/144 ；16、點(diǎn)擊Graph按鈕，查

39、看對(duì)流換熱系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線，然后點(diǎn)擊OK17、在材料定義窗口中選擇MaterialExit退出材料定義窗口18、在工具欄點(diǎn)擊SAVE_DB保存數(shù)據(jù)庫。定義幾何模型參數(shù)選擇 “Utility MenuParametersScalar Parameters”，輸入 ri1=1.3， ro1=1.5，z1=2， ri2=0.4，ro2=0.5，z2=2 ；然后點(diǎn)擊 Close。創(chuàng)建幾何模型1、選擇 “Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Volumes- CylinderBy Dimensions”，在彈出菜單的 Outer radius 框中輸入 ro1，

40、 Optional inner radium 框中輸入 ri1， Z coordinates 框中輸入 0 和 Z1， Ending angle 框中輸入 90。2、選擇 “Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments”，在 “XY,YZ,ZXAngles” 框中輸入 0,-90。3、選擇 “Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Volumes-CylinderBy Dimensions”，Outer radius 框中輸入 ro2 , Optional inner radium 框中輸入 ri2, Z coor

41、dinates 框中輸入 0 和 Z2, Starting angle 框中 輸入-90, Ending angle框中輸入0。4、選擇 “Utility MenuWorkPlaneAlign WP withGlobalCartesian”。進(jìn)行布爾運(yùn)算選擇“ Main MenuPreprocessor-Modeling-Operate-Booleans- OverlapVolumes”，選擇 Pick All。觀察幾何模型1、選擇“Utility MenuPlotCtrlsNumbering”，將 volumes 設(shè)置為 ON。2、選擇“Utility MenuPlotCtrlsView D

42、irection”，在“Coords of view point ”框中輸入-3,-1,1。3、在工具欄點(diǎn)擊SAVE_DB保存數(shù)據(jù)庫。3.6.3.9刪除多余實(shí)體選擇“ Main MenuPreprocessor-Modeling-DeleteVolume and Below”，拾取第三，四號(hào)體，或在命令輸入行輸入3,4回車。3.6.3.10 創(chuàng)建組件 AREMOTE本步將選擇圓罐的Y,Z端面，并將它們定義為一個(gè)組件AREMOTEo1、選擇“Utility MenuSelectEntities”，打開選擇實(shí)體對(duì)話框。2、在對(duì)話框中自上而下依次選擇：Area，By location， Z Coor

43、dinates， 在“Min，Max”框中輸入Z1，選擇From Full，點(diǎn)擊APPLY。3、接下來選擇Y Coordinates，在“Min, Max”框中輸入0,選擇Also Select，點(diǎn)擊 OK。4、選擇“Utility MenuSelectComp/AssemblyCreate Component， 在 “Component name” 框中輸入 AREMOTE，在“Components is made of” 菜單中選擇AREA將線疊加在面上顯示1、選擇“Utility MenuPlotCtrlsNumbering”，打開 Area 和 Line 的編 號(hào)2、選擇“ Utili

44、ty MenuPlotAreas”3、選擇“Utility MenuPlotCtrlsErase Options”，將 Erase between Plots按鈕設(shè)置成Off4、選擇“ Utility MenuPlotLines”5、選擇“Utility MenuPlotCtrlsErase Options”，將 Erase between Plots按鈕設(shè)置成On連接面及線為劃分映射式網(wǎng)格，連接端部的面和線。1、選擇“ Main MenuPreprocessor-Meshing-Concatenate-Area”，選 擇 Pick all。2、選擇“ Main MenuPreprocesso

45、r-Meshing-Mesh-Concatenate- Lines”，拾取12和7號(hào)線（或在命令行中輸入12,7并回車），點(diǎn)擊 APPLY；拾取10和5號(hào)線（或在命令行中輸入10,5并回車），點(diǎn)擊OK。設(shè)定網(wǎng)格密度1、選擇“ Main MenuPreprocessor-Meshing-Size CntrlsPicked Lines”，選擇線 6 和 20，點(diǎn)擊 OK，在 No. of element divisions 框中輸入 4，點(diǎn)擊OK。2、選擇“ Main MenuPreprocessor-Meshing-Size CntrlsPicked Lines”，選擇線 40，點(diǎn)擊 OK，在

46、No. of element divisions 框中輸入 6，點(diǎn) 擊OK。3、選擇“ Utility MenuSelectEverything”。4、選擇“Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Global- Size”，在 element edge length 框中輸入 0.4，點(diǎn)擊 OK。劃分網(wǎng)格1、選擇“Main MenuPreprocessor-MeshTool”，彈出“MeshTool ”對(duì)話 框，用選擇Hex， Mapped。2、點(diǎn)擊Mesh，選擇Pick All。ANSYS對(duì)實(shí)體劃分網(wǎng)格后，將會(huì)彈出一個(gè)對(duì) 話框顯示對(duì)單元形狀的警告

47、，點(diǎn)擊Close將其關(guān)閉。3、選擇“Utility MenuPlotCtrlsNumbering”，將 Line, Area, and Volume的按鈕設(shè)置為Off，點(diǎn)擊OK。4、在工具欄點(diǎn)擊SAVE_DB保存數(shù)據(jù)庫。定義求解類型及選項(xiàng)1、選擇“Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis”，點(diǎn)擊 OK以選擇缺省設(shè)置(Steady-State)。2、選擇“Main MenuSolution-Analysis Options”，點(diǎn)擊 OK 以接受 Newton- Raphson option 的缺省設(shè)置(Program-chosen)。設(shè)定均一的起始

48、溫度選擇“Main MenuSolution- Loads-Apply -Thermal- Temperature Uniform Temp”，在彈出窗口的 Uniform temperature 框中輸入 450。施加對(duì)流載荷1、選擇“Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical”。2、選擇“Utility MenuSelectEntities”，在對(duì)話框中自上而下依次選 擇：Nodes， Bylocation， X，在“Min， Max”框中輸入 ri1，選擇 From Full，點(diǎn)擊 OK。3、選擇“Main Men

49、uSolution- Loads-Apply -Thermal-ConvectionOn Nodes”，選擇 Pick All，在“Film coefficient”和“Bulk temperature” 框中分別輸入250/144及450，點(diǎn)擊OK。在AREMOTE組件上施加溫度約束1、選擇“Utility MenuSelectComp/AssemblySelect Comp/Assembly”，點(diǎn)擊OK以選中AREMOTE （當(dāng)前只有一個(gè)組件）。2、選擇“Utility MenuSelectEntities”，在對(duì)話框中自上而下依次選 擇：Nodes，Attached to，Area，Al

50、l，選擇 From Full，點(diǎn)擊 OK。3、選擇“Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-TemperatureOn Nodes”，選擇 Pick all，在 Load TEMP value 框中輸入 450，點(diǎn)擊 OK。施加與溫度有關(guān)的對(duì)流邊界條件在接管的內(nèi)表面施加隨溫度變化的對(duì)流邊界條件。1、選擇“Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments”，在 “XY,YZ,ZX Angles” 框中輸入 0,-90,點(diǎn)擊 OK。2、選擇“Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate Sys

51、temsCreate Local CS At WP Origin”，在 Type of coordinate system 菜單中，選擇 Cylindrical 1，點(diǎn)擊 OK。3、選擇“Utility MenuSelect Entities”，在對(duì)話框中自上而下依次選 擇：Nodes，By location， X，在 Min，Max 框中輸入 ri2，選擇 From Full，點(diǎn)擊 OK。4、選擇“Main MenuSolution- Loads-Apply -Thermal-ConvectionOn Nodes”，選擇 Pick All，在 Film coefficient 框中輸入-2，

52、在 Bulk temperature框中輸入100，點(diǎn)擊OK。5、選擇“Utility MenuSelectEverything”。6、選擇“Utility MenuPlotCtrlsSymbols”，在 Show pres and convect as菜單中選擇Arrow，點(diǎn)擊OK。5、選擇“Utility MenuPlotNodes”。恢復(fù)工作平面及坐標(biāo)系統(tǒng)1、選擇“Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cartesian”。2、選擇“Utility MenuWorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian

53、”。設(shè)定載荷步選項(xiàng)要為分析定義50個(gè)子步，選擇“Main MenuSolution-Load Step Options-Time/FrequencTime and Substeps”，在 Number of substeps 框中 輸入 50，設(shè)置 Automatic time stepping 為 On。在工具欄點(diǎn)擊SAVE_DB保存數(shù)據(jù)庫。3.6.3.22 求解選擇“Main MenuSolution-Solve-Current LS”，查看分析選項(xiàng)是否正 確，關(guān)閉/STAT窗口，點(diǎn)擊OK。觀察節(jié)點(diǎn)溫度結(jié)果1、選擇“Utility MenuPlotCtrlsStyleEdge Option

54、s”，設(shè)置 “Element outlines”框?yàn)?Edge only，點(diǎn)擊 OK。2、選擇“Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot- Nodal Solu”，在彈出菜單的Item to be contoured項(xiàng)選擇左邊的DOF solution，右邊的 Temperature TEMP，點(diǎn)擊 OK。繪制熱流矢量圖1、選擇“Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toSpecified Coord Sys”，設(shè)置 Coordinate system number 為 11，點(diǎn)擊 OK。2、選擇

55、“Utility MenuSelectEntities”，在對(duì)話框中自上而下依次選 擇：Nodes， By Location， X Coordinates，在“Min,Max” 域輸入 ro2,點(diǎn)擊 Apply； 選擇 Elements， Attached To，點(diǎn)擊 Apply； 選擇 Nodes， Attached To，點(diǎn)擊OK；2、選擇“Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Vector Plot- Predefined ，在 Vector item to be plotted 域選擇左邊的 Flux & gradient，右邊的 Thermal

56、flux TF，點(diǎn)擊 OK。3.6.3.25 退出 ANSYS點(diǎn)擊工具欄中的QUIT，選擇一種退出方式并點(diǎn)擊OK。等效的命令流方法/PREP7/TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction/UNITS,BIN!使用英制單位ET,1,90!定義熱單元MP,DENS,1,.285!密度MPTEMP,70,200,300,400,500!建立溫度表MPDATA,KXX,1,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12!導(dǎo)熱系數(shù)MPDATA,C,1,.113,.117,.119,.122,.125!比熱MP

57、DATA,HF,2,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144!接管對(duì)流系 數(shù)!定義幾何模型參數(shù)RI1=1.3!罐內(nèi)半徑RO1=1.5!罐外半徑Z1=2!罐長(zhǎng)RI2=.4!接管內(nèi)半徑RO2=.5!接管外半徑Z2=2!接管長(zhǎng)!建立幾何模型CYLIND,RI1,RO1,Z1,90! 1/4 罐體WPROTA,0,-90!將工作平面旋轉(zhuǎn)到垂直于接管軸線CYLIND,RI2,RO2,Z2,-90! 1/4 接管WPSTYL,DEFA!將工作平面恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)VOVLAP,1,2!進(jìn)行OVERLAP布爾操作/PNUM,VOLU,1!打開實(shí)體編號(hào)/VIEW,-3,-1,

58、1!定義顯示角度/TYPE,4/TITLE,Volumes used in building pipe/tank junctionVPLOTVDELE,3,4,1!刪除多余實(shí)體!劃分網(wǎng)格ASEL,LOC,Z,Z1!選擇罐上 Z=Z1 的面ASEL,A,LOC,Y,0!添加選擇罐上Y=0的面CM,AREMOTE,AREA!創(chuàng)建名為 AREMOTE 的面組/PNUM,AREA,1/PNUM,LINE,1/TITLE,Lines showing the portion being modeledAPLOT/NOERASELPLOT/ERASEACCAT,ALL!組合罐遠(yuǎn)端的面及線，為劃分映射網(wǎng)格作準(zhǔn)

59、備LCCAT,12,7LCCAT,10,5LESIZE,20,4!在接管壁厚方向分4等分LESIZE,40,6!在接管長(zhǎng)度方向分6等分LESIZE,6,4!在罐壁厚方向分4等分ALLSEL!選擇 EVERYTHINGESIZE,.4!設(shè)定默認(rèn)的單元大小MSHAPE,0,3D!選擇3D映射網(wǎng)格MSHKEY,1SAVE!保存數(shù)據(jù)文件僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝35VMESH,ALL!劃分網(wǎng)格，產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)與單元/PNUM,DEFA/TITLE,Elements in portion being modeledEPLOT!顯示單元FINISH!加載求解/SOLUANTYPE,STATIC!

60、定義為穩(wěn)態(tài)分析NROPT,AUTO!設(shè)置求解選項(xiàng)為 Program-chosen Newton-RaphsonTUNIF,450!設(shè)定初始所有節(jié)點(diǎn)溫度CSYS,1!變?yōu)橹鴺?biāo)NSEL,S,LOC,X,RI1!選擇罐內(nèi)表面的節(jié)點(diǎn)SF,ALL,CONV,250/144,450!定義對(duì)流邊界條件CMSEL,AREMOTE!選擇 AREMOTE 面組NSLA,1!選擇屬于AREMOTE面組的節(jié)點(diǎn)D,ALL,TEMP,450!定義節(jié)點(diǎn)溫度WPROTA,0,-90!將工作平面旋轉(zhuǎn)到垂直于接管軸線CSWPLA,11,1!創(chuàng)建局部柱坐標(biāo)NSEL,S,LOC,X,RI2!選擇接管內(nèi)壁的節(jié)點(diǎn)SF,ALL,CONV