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ANSYS稳态热分析的基本过程和实例

ANSYS稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分为三个步骤:•前处理:建模、材料和网格•分析求解:施加载荷计算•后处理:查看结果1、建模①、确定jobname、title、unit;②、进入PREP7前处理,定义单元类型,设定单元选项;③、定义单元实常数;④、定义材料热性能参数,对于稳态传热,一般只需定义导热系数,它可以是恒定的,也可以随温度变化;⑤、创建几何模型并划分网格,请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。

2、施加载荷计算①、定义分析类型●如果进行新的热分析:Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state●如果继续上一次分析,比如增加边界条件等:Command: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart②、施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) :a、恒定的温度通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。

Command Family: DGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperatureb、热流率热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单元获取热量。

如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。

注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要密一些,在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意。

此外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些。

Command Family: FGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flowc、对流对流边界条件作为面载施加于实体的外表面,计算与流体的热交换,它仅可施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流。

Command Family: SFGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convectiond、热流密度热流密度也是一种面载。

当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRAN CFD计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度。

如果输入的值为正,代表热流流入单元。

热流密度也仅适用于实体和壳单元。

热流密度与对流可以施加在同一外表面,但ANSYS仅读取最后施加的面载进行计算。

Command Family: FGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Fluxe、生热率生热率作为体载施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生热。

它的单位是单位体积的热流率。

Command Family: BFGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Generat③、确定载荷步选项对于一个热分析,可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制。

a. 普通选项•时间选项:虽然对于稳态热分析,时间选项并没有实际的物理意义,但它提供了一个方便的设置载荷步和载荷子步的方法。

Command: TIMEGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps•每载荷步中子步的数量或时间步大小:对于非线性分析,每一载荷步需要多个子步。

Command: NSUBSTGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and SubstpsCommand: DELTIMGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time-Time Step•递进或阶越选项:如果定义阶越(stepped)选项,载荷值在这个载荷步内保持不变;如果为递进(ramped)选项,则载荷值由上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线性变化。

Command: KBCGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substpsb. 非线性选项•迭代次数:本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数。

默认值为25,对大数热分析问题足够。

Command: NEQITGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Equilibrium Iter •自动时间步长: 对于非线性问题,可以自动设定子步间载荷的增长,保证求解的稳定性和准确性。

Command: AUTOTSGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps•收敛误差:可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。

Command: CNVTOLGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Convergence Crit •求解结束选项:如果在规定的迭代次数内,达不到收敛,ANSYS可以停止求解或到下一载荷步继续求解。

Command: NCNVGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Criteria to Stop •线性搜索:设置本选项可使ANSYS用Newton-Raphson方法进行线性搜索。

Command: LNSRCHGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Line Search•预测矫正:本选项可激活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫正。

Command: PREDGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Predictorc. 输出控制•控制打印输出:本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中。

Command: OUTPRGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout •控制结果文件:控制*.rth的内容。

Command: OUTRESGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File④、确定分析选项a. Newton-Raphson选项(仅对非线性分析有用)Command: NROPTGUI: Main Menu>Solution>Analysis Optionsb. 选择求解器:可选择如下求解器中一个进行求解:•Frontal solver(默认)•Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver•JCG out-of-memory solver•Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver•Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG)•Iterative(automatic solver selection option)Command: EQSLVGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options注意:热分析可选用Iterative选项进行快速求解,但如下情况除外:•热分析包含SURF19或SURF22或超单元;•热辐射分析;•相变分析•需要restart an analysisc. 确定绝对零度:在进行热辐射分析时,要将目前的温度值换算为绝对温度。

如果使用的温度单位是摄氏度,此值应设定为273;如果使用的是华氏度,则为460。

Command: TOFFSTGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options⑤、保存模型: 点击ANSYS工具条SAVE_DB。

⑥、求解Command: SOLVEGUI: Main Menu>Solution>Current LS3、后处理ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中,它包含如下数据:基本数据:•节点温度导出数据:•节点及单元的热流密度•节点及单元的热梯度•单元热流率•节点的反作用热流率•其它对于稳态热分析,可以使用POST1进行后处理,关于后处理的完整描述,可参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。

进入POST1后,读入载荷步和子步:Command: SETGUI: Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Load Step可以通过如下三种方式查看结果:•彩色云图显示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu, Element Solu, Elem Table•矢量图显示Command: PLVECTGUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Pre-defined or Userdefined•列表显示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solu, Element Solu, Reaction Solu详细过程请参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。

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