ANSYS 热分析培训第十一章

热接触第11章HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-2接触阻抗•温度不同的两个面处于接触状态时，在其界面上温度将会下降；这是由于两个面之间的接触不完全。这种不完全的接触以及由此而产生的接触阻抗会被很多因素所影响，如：–面的平整程度–面的光滑程度–氧化物的存在–流体的渗入–接触压力–面的温度–传导油脂的使用DTTx热接触HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-3•ANSYS能够模拟这种情况以及其他复杂的热问题，通过使用….–结构－热接触的耦合场分析•支持通用的热接触分析能力。•典型应用：–金属成形–装配接触–燃气涡轮热接触热装配摩擦生热HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-4热接触•耦合场单元（PLANE13，SOLID5）和KEYOPT(1)=1的面－面接触单元–也可以使用单纯的热分析单元•固定接触单元所有的结构自由度•重要特性：–接触面间的热传导–摩擦耗能所导致的热生成–热对流和/或热辐射•具有小间隙的接触面•从自由面到环境–开放的间隙处的热流输入注意:本课程主要讲述接触面之间的热传导。有关热接触其他功能的情况请参考ANSYS相关文档。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-5热接触•热传导：q=TCC*(TT-TC)–TCC为热接触导热系数（由实常数输入）•可以使一个表参数（压力和温度的函数）–TT与TC分别为目标面及接触面温度–当处于接触状态时将关闭热流–模型温度在接触面处不连续没有DT（连续材料）DT（接触面）HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-6热接触•摩擦导致的热生成：q=FHTG*t*v–FHTG为能量转换为热的百分比（由实常数输入）–t为相应的摩擦应力–v为滑动状态–热可能被不均等得分配给接触面和目标面：qc=FWGT*FHTG*t*vqt=(1-FWGT)*FHTG*t*v车轮的刹车垫HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-7热接触•对流：q=CONV*(TE-TC)–CONV为对流换热系数（可由SFE施加表参数荷载）–TE为目标面的温度，或者为自由面的环境温度（SFE）–TC为接触面的温度–接触面和目标面间的热流0gappinball–自由面中接触面到环境的热流•自由面由下面的条件确定：–开放的环境的接触(gappinball)–只存在接触单元（忽略目标单元）–如果存在目标单元，其Keyopt(3)=1HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-8热接触•辐射：q=RDVF*EMIS*SBCT*[(TE+TOFFST)4-(TC+TOFFST)4]–RDVF为辐射的形状系数（由实常数输入）•RDVF可以为表参数（时间、温度，间隙的函数）–EMIS为面的辐射率（材料属性）–SBCT为Stefan-Boltzmann常数（由实常数输入）–TOFFST为由绝对温度的温度偏移（命令TOFFST）–接触面和目标面间的热流0gappinball–自由面中接触面到环境的热流•自由面的确定与对流相同HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-9热接触•外部的热流密度输入–SFE只能施加在接触面上（不能施加在目标面上）•只有接触状态为开时，热流密度才起作用•对近距离的接触，热流密度同时作用在接触面和目标面上•对于自由面的情况，热流密度只作用在接触面上–自由面的确定与对流相同–不能同时在某个单元上施加对流HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-10热接触•热接触技巧–接触导热系数TCC•单位为热/(时间*度*面积)•一般小于相应的接触实体的导热系数–对摩擦生热，TIME必须有真实的时间单位•但是，如果结构的惯性和阻尼不重要，可以关闭瞬态效应以加速求解TIMINT,STRUC,OFF–不对称的求解选项会对摩擦滑动有利•NROPT,UNSYMHEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-11热接触…实例热接触－传导问题•两个具有不同材料属性的实体相接触。•实体的两端具有不同但固定得温度值。•作用在顶面的力使实体之间存在接触压力。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-12热接触…实例•本实例将会简化为平面应变，对称模型来求解。•顶面具有0.01inches向下的变形。•接触单元包括固定的热传导系数。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-13热接触…实例1.使用输入文件“th_contact.inp”，读入模型。2.使用接触向导创建接触对。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-14热接触…实例–选择下方实体的顶部的线作为目标面。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-15热接触…实例–选择上方实体的底部的两根线作为接触面。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-16热接触…实例–使用缺省设置创建接触对。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-17热接触…实例3.修改接触单元的选项来包括温度自由度。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-18热接触…实例4.修改接触单元实常数来包括接触导热系数（TCC）。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-19热接触…实例•本例使用常数TCC=.001.若接触选项HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-20热接触…实例5.施加结构分析的边界条件。对称固定X和Y方向自由度HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-21热接触…实例6.施加强迫的位移。Y方向的位移-0.01inHEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-22热接触…实例7.施加热边界条件。Temp=200FTemp=70FHEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-23热接触…实例8.求解9.画出Y方向的变形云图以检验结构分析的结果。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-24热接触…实例10.画节点温度云图注意：接触面处温度的不匹配。记住：TCC=.001.HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-25热接触…实例11.现在，修改TCC=1，并再次求解。HEATTRANSFER6.0培训手册Inventory#01445March30,200211-26热接触…实例12.画节点温度云图注意：温度在接触面处连续。记住：TCC=1.