当前位置:
文档之家› ANSYS WORKBENCH 11.0热分析
ANSYS WORKBENCH 11.0热分析
– 在接触/目标 界面中,不考虑热量的扩散。
• 在壳或实体单元内的接触面或目标面上,由于傅立叶定律 ( Fourier’s Law),需考虑热量扩散 。
• 在接触区内,热流仅在接触的法向方向上进行。
• 这就意味着,不管接触区定义如何,只要接触法向上有接触单 元,热量就会流动。
ANSYS License DesignSpace Entra De signS pa ce P rofe ssi ona l S tru ctu ra l M e cha nica l/M ulti physics
Availability
x x
x
… 装配体 – 热传导
• 理想的零件间的接触传热系数假定在接触界面上没有 温度降。
• 但人们有可能想知道界面上的有限热传导。
– 接触的两个表面 (处于不同温度)在穿过界面上有温度降。 这种下降是由于两表面间的不良接触产生的。这种不良接 触,以及由此产生的有限热传导, 受到如下一些因素的影 响:
• 本部分讲述的一些功能通常适用于 ANSYS DesignSpace Entra 及更高级的licenses , 但 ANSYS Structural license除外。
稳态传热基础
• 对于一个DS中的稳态热分析, 温度 {T} 是由如下的矩 阵求解:
[K(T )]{T}= {Q(T )}
这就导致了如下的一些假设:
B. 装配体 – 实体接触
• 当导入实体零件组成的装配体时,实体间的接触区将 会被自动创建。
• 面-面接触允许实体零件间的边界上不匹配的网格。
– 接触实现了装配体中零件间的传热。
ANSYS License DesignSpace Entra De signS pa ce P rofe ssi ona l S tru ctu ra l M e cha nica l/M ulti physics
– 如果目标节点落在pinball 区域内,并且
接触是绑定的或者无分离的,则将发生传热 (绿色实线) – 否则,节点间将不会发生传热(绿色虚
线)
ANSYS License DesignSpace Entra De signS pa ce P rofe ssi ona l S tru ctu ra l M e cha nica l/M ulti physics
ANSYS WORKBENCH 11.0 培训教程(DS)
第六章
热分析
本章概览
• 在本章中, 将讲述如何在DS中进行稳态和瞬态热分析:
– 几何模型 – 接触以及支持的装配体类型 – 热载荷 – 求解选项 – 结果和后处理 – Workshop 6.1 – 热瞬态启动 – 瞬态设置 – 瞬态载荷 – 瞬态结果 – Workshop 6.2
– 在稳态热分析中不考虑任何瞬态效应; – [K] 可以是常量或是温度的函数;
• 每种材料属性中都可输入温度相关的热传导率; – {Q} 也可是常量或是温度的函数;
• 在对流边界条件中可以输入温度相关的对流传热膜系数
稳态传热基础
• 上述方程的基础是傅立叶定律(Fourier’s Law):
– 这意味在DS中求解的热分析是基于传导方程。Intially Touching
Inside Pinball Region Outside Pinball Region
Yes
Yes
No
Yes
Yes
No
Yes
No
No
Yes
No
No
– 接触的 pinball 区域由程序自动定义并被设置一个相对较小的 值,以调和模型中可能出现的小间隙。pinball 区域将在下一
• 固体内部的热流(Fourier’s Law) 是 [K]的基础; • 热通量, 热流率、以及对流 在{Q}中被认为是边界条件; • 目前不考虑任何辐射; • 目前不考虑任何时间相关的效应。
– 传热分析与 CFD(Computational Fluid Dynamics)分析不 同。
• 对流被处理成简单的边界条件,虽然对流传热膜系数有可能与温 度相关
Availability
x x
Pinball Radius
In this figure on the right, the gap between the two parts is bigger than the pinball region, so no heat transfer will occur between the parts
Availability
x x
x
Model shown is from a sample Inventor assembly.
… 装配体 – 接触区
• 在DS中,每个接触区都用到接触面和目标面的概念。
– 接触区的一侧由接触面组成,另一侧由目标面组成。 – 在接触的法向上允许有接触面和目标面间的热流。
• 如果需要分析共轭传热/流动问题,则需要用 ANSYS CFD 。
• 在DS中进行热分析时,记住这些假设是很重要的。
Physics Filters
• 在进行热分析详细讨论前,有必要指出,如果只是一 个热分析可以用 Physics Filter 来简化GUI.
– 在 “View menu > Physics Filter,”下去掉 “Structural” 选项. 现 在在GUI中只剩下与热分析有关的选项.
• 表面的平面度 • 表面磨光 • 氧化物 • 残存流体 • 接触压力 • 表面温度 • 导热脂的使用
∆T
T x
… 装配体 – 热传导
• 在ANSYS Professional 及更高级的licenses 中, 用户 可以定义接触传热系数 (TCC)
– 每个接触区都要在 “Details view”中输入单位面积的接触传热 系数 ,如下所示:
虽然定义了线的截面和方向,但这些信息仅对结构分析有意义, 实际的热杆单元(link单元) 将会有一个基于输入属性的 “有效” 的截面。 • 对于线,不会输出任何热通量或热通量矢量,仅能得到温度结果 • 热分析不支持“Point Mass”
ANSYS License DesignSpace Entra De signS pa ce P rofe ssi ona l S tru ctura l M e cha nica l /M ul ti physi cs
… 装配体 – 热传导
• 缺省时,在装配体的零件间会定义一个高的接触导热 系数(TCC)
– 两个零件间的热流量由接触热通量 q定义:
( ) q = TCC ⋅ Ttarget − Tcontact
这里,Tcontact 是位于接触法向上某接触“节点”的温度,Ttarget 是相应的目标“节点”的温度。 – 缺省时,TCC根据设定的模型中的最大KXX值和装配体总体
– 这只对“Environment” 和 “Solution”级别的选项有用. – 如果要进行热应力分析就不能关闭physics filters 中的任何选
项因为结构和热的选项都需要。
ANSYS License DesignSpace Entra De signS pa ce P rofe ssiona l S tructura l M e cha ni ca l /M ultiphysi cs
中用不到。
ANSYS License DesignSpace Entra De si gnS pa ce P rofe ssi ona l S tru ctu ra l M e cha nica l/M ulti physics
Availability x x x
x
如果存在任何温度相关的材料属性,都将导致非线性求解。这是因为,温 度是要求解的量,而材料又取决于温度,因此求解不再是线性。
• 沿着线方向的温度变化仍然要考虑, 但不是沿着截面的。
ANSYS License DesignSpa ce Entra DesignSpa ce P rofe ssi ona l S tructura l Mecha nica l/Multiphysics
A vailabilit y / / x
x
Availability x x x
x
A. 几何模型
• 在热分析中,可以使用DS支持的大多数体素的类型。
– 所有支持热分析的产品都支持实体和面。
• 对于面,必须在“Geometry”分支的“Details view”中输入其厚度 • 对于线, 只有 ANSYS Professional 及更高级licenses 支持。 • 线的截面和方向在 DM 中定义,并自动导入到 DS中。
外边界的对角线ASMDIAG,被设为一个相对较“高”的值。
TCC = KXX ⋅10,000 / ASMDIAG
这最终提供了零件间完全的传热。
ANSYS License DesignSpace Entra De si gnS pa ce P rofe ssiona l S tructura l M e cha ni ca l /M ultiphysics
The light, dotted green arrows indicate that no heat transfer will occur between parts.
… 装配体 – 接触区
• 在DS中,存在不同的接触行为:
– 通常,接触类型仅对结构应用有意义 – 如果零件初始有接触,零件间就会发生传热,如果零件初始
Availability
x x
x
In the figure on the left, the solid green double-arrows indicate heat flow within the contact region. Heat flow only occurs if a target surface is normal to a contact surface.