ANSYS热应力分析实例当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。
如果结构各部分之间膨胀收缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。
7.1热应力分析的分类ANSYS提供三种进行热应力分析的方法：在结构应力分析中直接定义节点的温度。
如果所以节点的温度已知，贝U可以通过命令直接定义节点温度。
节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度间接法。
首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。
直接法。
使用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分析和结构应力分析的结果。
如果节点温度已知，适合第一种方法。
但节点温度一般是不知道的。
对于大多数问题，推荐使用第二种方法一间接法。
因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。
如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。
如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法一使用耦合单元。
此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。
7.2间接法进行热应力分析的步骤首先进行热分析。
可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。
但要注意划分单元时要充分考虑结构分析的要求。
例如，在有可能有应力集中的地方的网格要密一些。
如果进行瞬态分析，在后处理中要找出热梯度最大的时间点或载荷步。
表7-1热单元及相应的结构单元重新进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元，表7-1是热单元与结构单元的对应表。
可以使用菜单进行转换：Mai n Menu>Prep roeessor>Eleme nt Typ e>Switeh Eleme nt Type ，选择Thermal to Struetual 。
但要注意设定相应的单元选项。
例如热单元的轴对称不能自动转换到结构单元中，需要手工设置一下。
在命令流中，可将原热单元的编号重新定义为结构单元，并设置相应的单元选项。
设置结构分析中的材料属性（包括热膨胀系数）以及前处理细节，如节点耦合、约束方程等。
读入热分析中的节点温度,GUI: Solution>Load Apply>Temperature>From Thermal Analysis 。
输入或选择热分析的结果文件名*.rth。
如果热分析是瞬态的，则还需要输入热梯度最大时的时间点或载荷步。
节点温度是作为体载荷施加的，可通过UtilityMen u>List>Load>Body Load>On all nodes 列表输出。
设置参考温度，Mai n Men u>Solutio n>Load Setti ng>Refere nee Temp 。
进行求解、后处理。
7.3间接法热应力分析实例7.3.1 问题描述图7-1冷却栅示意图pwliuB nwMrdfluHin热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管内压力为1000 Ib/in2，管内流体温度为450 oF ,对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2 菜单操作过程7.321设置分析标题1、选择“ Utility Men u>File>Cha nge Title，输入In direct thermal-stress Analysis of a cooling fin 。
2、选择“ Utility Me nu>File>Cha nge File name，输入PIP E_FIN。
7.322进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“ Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete ，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数：选择“ Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Material Models ”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入 1.25。
7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“ Ma in Men u> Prep rocessor>Creat>Key poin ts> On Active CS :关键点的坐标如下：2、组成三个面：选择“ Mai nMenu> Preprocessor>Creat>Area>Arbitrary>Throuth Kps ，由”1,2,5,8 组成面1; 由2,3,4,5组成面2;由8,5,6,7组成面3。
3、设定单元尺寸，并划分网格：“ Main Menu>Preprocessor>Meshtool，”设定global size 为0.125，选择AREA，Mapped，Mesh，点击Pick all。
7.324施加荷载1、选择“ Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates ，From Full，输入5,点击OK，选择管内壁节点；2、在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“ Mai nMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes ，点击Pick，all，输入对流换热系数1，流体环境温度450。
3、选择“ Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full，输入6,12，点击Apply ；4、选择“ Utility Menu>Seect>Entities>Nodes>By location>Y coordinates，Reselect，输入0.25,1，点击Apply ；5、选择“ Utility Menu >Select>E ntities>Nodes>By locatio n>Y coord in ates，Also select，'输入12，点击OK ；6、在管外边界上施加对流边界条件：选择“ MainMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes ，点击Pick，all，输入对流换热系数0.25，流体环境温度70。
7.325求解1、选择“ Utility Menu>Select>Select Everything。
”2、选择“ Main Menu>Solution>Solve Current LS。
”7.326后处理1、显示温度分布：选择“ Mai n Men u>Ge neral P ost proc>P lot Result>Nodal Solutio n>Temperature ”。
7.3.2.7重新进入前处理，改变单元，定义结构材料1、选择“ Ma in Menu>Prep rocessor>Eleme nt Typ e>Switch Elem Type Thermal to Structure 。
2、选择“ Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete Option，将结构单元设置为轴对称。
选释,，点击，输”3、选择“ Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Material Models 入材料的EX 为28E6，PRXY 为0.3，ALPX 为0.9E-5。
7.328定义对称边界条件1、 选择 “ Utility Mnu>Select>Entities>Nodes>By location >丫 coordinates From Full ，输入0，点击Apply ;2、 选择 “ Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>丫 coordinates Also select ，'输入 1，点击 Apply ；3、 选择 “ Main Menu>Solution>Apply>Displacement>Symmetry B.C. On Nodes ”，点击 Pick All ，选择 丫 axis ，点击 OK ；7.328施加管内壁压力1、 选择 “ Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates From Full ，输入 5,点击 OK ；2、 选择 “ Main Menu>Solution>Apply>Pressure 〉On nodes ，点击 Pick All ， 输入1000。
7.329设置参考温度选择 “ Utility Menu>Select>Select Everything 。
”选择 “ Main Menu>5olution>-Loads- Setting>Referenee Temp 输入 70。
选择 “ Main Menu>Solution>Apply>Temperature>From Thermal Analysis>，选择 PIPE_FIN.rth 。
7.3.2.11 求解选择 “Main Menu>Solution>Solve Current LS 。
”7.3.2.12后处理选择 “ Main Menu>General Postpro>Plot Result>Nodal Solutio n>Stress>Von Mises 。
显示等效应力。
7.3.3 等效的命令流方法/file name ,pipe_fin/TITLE,Thermal-Stress An alysis of a cooli ng fin /prep7!进入前处理 et,1,plane55!定义热单元keyopt,1,3,1!定义轴对称1、 2、7.3.2.10 读入热分析结果1、mp,kxx,1,1.25!定义导热系数k,1,5!建模k,2,6k,3,12k,4,12,0.25k,5,6,0.25k,6,6,1k,7,5,1k,8,5,0.25a,1,2,5,8a,2,3,4,5a,8,5,6,7esize,0.125!定义网格尺寸amesh,all!划分网格ep lotfin ish/solu!热分析求解nsel,s,loc,x,5!选择内表面节点sf,all,conv,1,450!施加对流边界条件nsel,s,loc,x,6,12!选择外表面节点nsel,r,loc,y,0.25,1n sel,a,loc,x,12sf,all,conv,0.25,70!施加对流边界条件nsel,all/p se,c onv ,hcoef,1nplotsolve!求解生成PIPE_FIN.rth文件finish/post1plnsol,temp!得到温度场分布finish/prep7 !重新进入前处理etchg,tts!将热单元转换为结构单元plan e42keyopt,1,3,1!定义轴对称特性mp,ex,1,28e6!定义弹性模量mp,nuxy,1,0.3!定义泊松比mp,alpx,1,0.9e-5!定义热膨胀系数fin ish/solu!进入结构分析求解nsel,s,loc,y,0!选择对称边界n sel,a,loc,y,1dsym,symm,y!定义对称条件nsel,s,loc,x,5!选择内表面sf,all,pres,1000!施加压力边界条件nsel,all/pbc,all,1/psf, pres,,1nplottref,70!设定参考温度ldread,temp,,,,,,rth!读入PIPE_FIN.rth 节点温度/pbc,all,0/psf,pres,,0 分布/pbf,tem p,,1eplotsolve!求解fin ish/posti,pinsol,s,eqv!得到等效应力fin ish7.4直接法热应力分析实例7.4.1 问题描述两个同心圆管之间有一个小间隙，内管中突然流入一种热流体，求经过 3分钟后外管表面的温度。