80米钢筋砼烟囱施工方案

非线性热分析的其它考虑因素非线性热分析前处理考虑因素•非线性热分析模型与线性模型有一些共同点，但也有许多要特殊考虑的问题。辐射:辐射是一种高度非线性，因为辐射对传导矩阵(K)的贡献是温度的三次方。辐射使用一种特殊单元建模的，在第8章中讨论。控制单元:可以改变状态的单元类型如COMBIN37和COMBIN40，经常用来模拟温度控制(例如恒温箱)。这些单元的实常数相对复杂，要仔细选择。非线性分析前处理考虑因素(续)645321)(AATATATAATqMASS71单元比较特殊，因为它有随温度变化的热生成率的功能。这可以定义为随温度变化的材料特性或与温度的多项式关系。多项式可以定义多达6个实常数，如下:400600800100040506070Temperature(C)ThermalConductivity(W/m/C)•与温度有关的输入:在热模型中其它比较常见的引起非线性的原因包括随温度变化的边界条件(如对流换热系数)和材料特性(如热传导系数、热焓)。如果出现这些情况，用户需要使用随温度变化的输入技术来处理(第三章中讨论)。非线性分析前处理考虑因素(续)•多场单元:不只包含温度自由度的单元称为多场单元或耦合场单元。单元SOLID5、PLANE13、PLANE67、LINK68、SOLID69、SOLID98和SHELL157是非线性的，因为它们必须同时满足两个以上场的平衡方程。这些单元在第10章中讨论。热-流体耦合单元FLUID66和FLUID116用于轴向传导和流体中热质量交换的建模。它们通常通过对流单元与外界表面联系。如果流率未知，这些单元就是非线性的，因为流率和压力降的关系是非线性的。这些单元在第7章中讨论。在本章剩余部分，我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。非线性分析的加载求解中所要考虑的因素•非线性热分析通常需要在ANSYS中激活一些特殊的加载和控制特性，比如，可能需要：–将载荷分为小步长施加以保证收敛–对收敛准则和迭代次数进行控制–需要使用增强收敛的工具–在不收敛情况下控制程序的行为–管理在非线性分析中生成的大量数据•我们将在后面简单介绍这些概念。详细说明可以参考《ANSYS热分析指南》中的非线性热分析部分。非线性分析步骤下面的加载和求解菜单选项可以帮助你掌握本章所要讨论的内容:分析设置-稳态或瞬态、方程求解器、温度偏移、牛顿-拉夫森设置。载荷-载荷插值设置、均匀初始温度、施加载荷、删除载荷、按比例施加载荷、将几何模型载荷传递到有限元模型上。输出控制-类型、频率、写到结果文件和输出文件中的结果数据的范围、图形求解跟踪开/关。求解控制-自动求解控制开/关。时间/频率-时间/载荷步设置、自动时间步、载荷渐变/阶跃、时间步重置、时间积分设置12345非线性分析步骤(续)非线性控制-收敛准则、平衡迭代、终止条件、收敛增强工具、打开控制、求解监测。求解-求解当前载荷步。67注:•第1部分的菜单项通常只使用一次：在分析的开始时使用。•第2-7部分的菜单项适用于每个载荷步。•第6部分菜单只在非线性热分析中使用。自动求解控制•由于在非线性分析中需要大量的控制和设置选项，ANSYS开发了一个称为“求解控制”的工具。求解控制对于绝大多数非线性和瞬态问题都可以提供可靠而高效的设置。•在缺省情况下,在所有非线性和瞬态热分析中，求解控制是打开的，大量的分析控制由ANSYS设置，而且同时采用优化的内部求解算法。•求解控制的缺省设置可以在求解前通过手工设置来替换。求解控制通过设置这些命令来优化各种缺省控制选项。但并不是所有命令都能用于热分析。自动求解控制(续)•要手工关闭所有求解控制特性，使用下列菜单:不推荐在载荷步之间打开或关闭求解控制。123缺省情况下，状态预测是关闭的。自动求解控制(续)•如果存在诸如CONTROL37、COMBIN39和COMBIN40等能改变状态的单元时，推荐打开“StatusPrediction”选项，但要求求解控制也在打开状态。它与自动时间步功能联合使用，以基于控制单元在下一子步将会改变状态的可能性来预测时间步长。通过下列菜单激活:45123自动求解控制(续)•由于对分析工程师来讲，理解内部求解机制是很重要的，在本章后面对非线性控制做了讨论。讨论中假设求解控制是打开的。•专门使用于瞬态热分析的求解控制在第五章中讨论。•首先，让我们看一下进行非线性分析的先决条件...注意:要得到关于在载荷步文件(LSWRITE)或文档化(CDWRITE)中SOLCONTROL命令的详细工作细节，请参考在线命令手册.同时也可查看在SOLCONTROL关闭的情况下，程序的行为方式。非线性求解组织结构•载荷步用于区别加载次序。每个载荷步需要单独的“求解”操作。载荷步不仅仅用于非线性分析。•为了得到收敛解，非线性分析通常采用增量加载，子步用于区别一个载荷步内的中间收敛解。非线性求解组织结构(续)•载荷并不总是容易划分为载荷步的。•在显示的例题中，温度、热流密度和热生成在不同时间以不同速度施加。•在第6章中，我们将讨论如何更容易地处理这种情况。HeatGen.TemperatureHeatFluxTEMPHFLUXHGEN控制方程线性系统热分析的控制方程矩阵形式为:如果这些数值随温度变化，系统为非线性，必须用迭代法求解：QTKTCTQTTKTTC在瞬态分析中，载荷同样可以随温度变化(在第5章中讨论)tTQ,稳态非线性求解过程考虑稳态非线性的分析情况:方程可以等效化为:初始情况下，内部节点热流不等于施加的节点载荷。不平衡热流向量或“残差”是两个向量的差值:目标是将由||{F}||表示的残差范数（表示了不平衡量的大小）降为0。这可以通过多种途径计算，此过程称为收敛。收敛准则是迭代的评价准则，通常是将施加的载荷||{Qa}||乘以一个小的系数e。TQTTKanrQQ内部节点热流向量由计算出的单元热流密度得到载荷引起的节点热流向量nraQQF为了完成收敛迭代，使用了牛顿-拉普森迭代求解技术...1.所求解的系统方程的增量形式牛顿-拉普森（Newton-Raphson）技术注:e的缺省数值为0.001.)..3,2,1(iQQTKnriaiTi2.更新节点温度iiiTTT13.由单元热流计算内部节点热流率。4.计算收敛范数并与收敛准则比较:单DOF系统QTTTQQTT如果结果较小...不再进行迭代。aQeFaQeF如果结果较大或相等...[KT]被更新再进行一次迭代。收敛•不能保证非线性求解一定收敛。与其它数值方法一样，N-R技术要求初始估计数值与最终结果不应有太大的差别。•在实践中，非线性求解往往要求载荷的施加是渐变的以利于收敛。除了用户可以指定载荷施加比例之外，ANSYS自动时间步功能可以满足这个需要。而且ANSYS有特殊的收敛增强工具，使得收敛过程加快并提高收敛性。•热模型中常见的非线性特性是随温度变化的边界条件和材料特性。这要求定义温度表格和特性表格，在第3章中有说明。平衡迭代•当进行非线性分析时，为了得到收敛解，在每个子步中必须进行平衡迭代。ANSYS使用牛顿-拉夫森迭代求解过程得到非线性收敛解。•一次平衡迭代需要的时间与进行一次线性计算的时间相当。一次分析中可能需要成百上千次这样的迭代过程。子步1的载荷子步2的载荷子步1需要三次平衡迭代子步2需要两次平衡迭代QT单自由度系统使用牛顿-拉普森方法•在ANSYS中有许多牛顿-拉普森选项。对于绝大多数问题，完全的N-R选项是最好的。缺省情况下，ANSYS自动选择牛顿-拉普森选项，也可以由用户自己选择:牛顿-拉普森选项在AnalysisOptions菜单中得到。该选项施加于稳态分析和瞬态分析。N-R选项不能在载荷步之间改变。ModifiedFullInitialConductivityQTQTQT132•收敛准则可以手工指定，也可以由ANSYS自动选择。在缺省情况下，ANSYS选择基于节点热流不平衡的收敛准则。基于温度变化的收敛准则要手工指定。基于热流率的收敛检查一般比基于温度的收敛检查保守。•如果多于一个准则被激活，求解必须满足所有准则要求才能算收敛。收敛准则•收敛准则是ANSYS用来判断迭代是否收敛，是否需要更多的N-R迭代的依据。单自由度系统QTTTQQTTnr1iQ怎样才算足够接近?收敛准则帮助我们确定。收敛准则(续)•收敛准则可以由用户在载荷步之间调整。要手工改变缺省的收敛准则，使用下面的菜单:注:即使用户只指定了一个收敛准则，其它缺省的准则也会被NSYS取消。123收敛准则(续)4.确认整体准则属于热部分。5.选择特定的准则类型。54收敛准则(续)610789aQeF6.参考数值在此输入。如果空白，参考值由节点热流向量计算出来。7.参考数值乘以容差得到收敛准则。8.缺省情况下，收敛准则采用残差的平方和的平方根。其它选项可以在这里输入。9.如果计算的参考数值（见第6步）小于最小参考数值，则使用最小参考数值。在缺省情况下，对于热流准则最小参考数值为1E-6。图形求解跟踪•图形求解跟踪(GST)在交互运行非线性分析中自动打开，在批处理方式中关闭。GST图形化跟踪收敛参数并在每次迭代完成后更新。GST可以用这些菜单开/关：1234多少次平衡迭代?•缺省情况下，求解控制根据题目的特性将最大牛顿-拉夫森迭代次数设置为15-26。可以用以下菜单改变:1243•如果没有得到收敛解，缺省情况下ANSYS将终止分析（如果用批处理方式运行，将终止程序执行）。为了便于诊断求解不收敛的问题所在，可以使用下面的菜单指示ANSYS继续分析:ANSYS何时停止计算?可以设置DOF数值,迭代次数,使用时间和计算时间。当这些限制达到后，ANSYS停止运行。3124ANSYS输出窗口•通过输出窗口可以得到很多信息:热流收敛范数的数值在下降温度改变增加量在下降收敛数值比准则小本子步进行了7次迭代达到收敛。一共进行了28步迭代。正在计算第2载荷步的第3子步。关于“时间”的说明•“时间”在静态和瞬态分析中都用做“跟踪”参数。每个载荷步和子步都与特定的时间相联系，尽管求解本身可能是与“速率”无关的。•在与速率有关的静态分析和瞬态分析中，“时间”代表实际的时间，单位为时间单位（秒或小时）。在这种情况下，时间单位应该与材料特性和载荷相符合。•在与速率无关的静态分析中，“时间”主要用来作为区别载荷步和子步的计数器。•在ANSYS热分析中，“时间”需要有如下特性:–“时间”必须为非零正值。–“时间”只能单调增加。阶跃和渐变载荷•在载荷步中，载荷可以是随时间阶跃或渐变的。渐变是缺省方式，在非线性分析中是推荐方式，可以有利收敛。•该特性使用KBC命令控制，但是，当载荷使用第6章描述的表格方式施加时，载荷总时阶跃的，而忽略KBC命令的设置。•如果载荷步中载荷是阶跃的，所有载荷以同样方式施加，不管是新的载荷、改变的载荷、或删除的载荷；它们都进行阶跃施加、阶跃改变、或阶跃删除。•但是，如果载荷时渐变的，图形不会如此清晰(象我们在后面看到的一样)。阶跃载荷新载荷在LS1中是阶跃施加的载荷在LS2中是阶跃删除的记住，当载荷施加以后，不管是阶跃的还是渐变的载荷，它在后面的载荷步中一直有效，除非被删除或修改。•如果载荷在载荷步中是渐变的,ANSYS不会以相同的方式处理新施加的、改变的、或删除的载荷。下面的表格说明了ANSYS对不同载荷类型的处理方法:*-与温度有关的换热系数总是按照温度函数施加，忽略KBC设置。渐变载荷热载荷通用载荷ANSYS对不同载荷的操作是：类型分类新施加的改变的删除的温度自由度约束从TUNIF渐变从前一数值渐变阶跃删除热流率集中载荷从零渐变从前一数值渐变阶跃删除热流密度面载荷从零渐变从前一数值渐变阶跃删除对流-TBULK面载荷从TUNIF渐变从前一数值渐变阶跃删除对流-HCOEF面载荷在第1载荷步阶跃，在后续载荷步从零渐从