ANSYS命令流学习笔记6-热应力分析

!ANSYS命令流学习笔记6!热应力分析!学习重点：!1、理解热力耦合的直接法和间接法!间接法：先进行热分析，然后将求得的节点温度作为载荷施加到结构应力分析中。!直接法：直接采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。直接法又分弱耦合和强耦合选择强耦合时，形成不对称矩阵，线性系统可以直接求解。选择弱耦合时，对称矩阵，还是把热和结构分别进行求解，并将热结果施加在结构上，是间接法的变形，至少经过两次迭代。弱耦合可以保证精度。!2、如何利用坐标值来选择单元或几何。熟练应用nsel，lsel，asel命令。选择不同的单元，指定不同单元类型，或者材料属性!3、后处理强度理论的理解。不同的材料可以发生不同形式的失效。而且同一种材料在不同的受力状态下，也可以发生不同的失效模式。如碳钢单向拉伸，以屈服模式失效。但制成螺钉时，其根部应力集中引起三向拉伸，会出现断裂。铸铁单向拉伸断裂失效，但是钢球挤压铸铁板时，接触点三向受压状态，铸铁出现屈服。无论脆性还是塑性材料，在三向拉应力相近时应用第一强度理论（最大拉应力），以断裂失效判定。在三向压应力相近时，都会引起塑性变形，采用第三或第四强度理论。！第三强度理论，最大切应力理论。各向同性的材料，最大剪应力校核，适用于塑性材料，屈服失效。偏保守。σ1-σ3≤[σ]。莫尔强度理论可以看做第三强度理论的推广，但是实际上莫尔强度理论以试验资料为基础，经过逻辑综合得到的。！第四强度理论，最大形状改变比能理论，适用于塑性材料的屈服失效，比第三理论适用范围广。Squa{1/2*[(σ1-σ2)^2+(σ2-σ3)^2+(σ3-σ1)^2]}≤[σ]!案例如下：!某液体管路内部通有液体，外部包有保温层，保温层与空气接触，结构如图2.1所示。已知管路由铸铁制造，其导热系数为70W/(m·℃)，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，热膨胀系数为1.2×10-5/℃；保温层的导热系数为0.02W/(m·℃)，弹性模量为20GPa，泊松比为0.4，热膨胀系数为1.2×10-5/℃；管路内液体压力0.3MPa，温度为70℃，对流换热系数为1W/(m2·℃)；空气温度为-40℃，对流换热系数为0.5W/(m2·℃)。试分析管路内热应力情况。!finish/clearlen1=0.5d1=0.28d2=0.3d3=0.4/prep7et,1,plane223!223单元可以具有ux，uy，temp三个自由度!定义单元keyoptkeyopt,1,1,11!热结构耦合keyopt,1,2,1!弱耦合。选择强耦合时，形成不对称矩阵，线性系统可以直接求解。选择弱耦合时，对称矩阵，还是把热和结构分别进行求解，并将热结果施加在结构上，是间接法的变形，至少经过两次迭代。弱耦合可以保证精度keyopt,1,3,1!轴对称结构axisymmetric!设置两种材料的材料属性mp,ex,1,2e11mp,nuxy,1,0.3mp,kxx,1,70!导热系数mp,alpx,1,1.2e-5!热膨胀系数mp,ex,2,0.2e11mp,nuxy,2,0.4mp,kxx,2,0.02mp,alpx,2,1.2e-5!建立几何模型,两个面rect,d1/2,d2/2,0,len1rect,d2/2,d3/2,0,len1aglue,all!黏结所有面，其实就俩!调整视角/vup,1,X!X轴向上，应该类似/view,1,0,0,1!重新编号，避免增加不必要的矩阵规模/pnum,area,1numcmp,all/replot!等分线段，方便网格质量控制!可以直接划分尺寸，lsel,s,leng,,d2/2-d1/2,len1!lesize,all,1全部画成1mm的网格，下文操作为了熟悉选择过程。lsel,s,leng,,len1!选择长度为len1的线lesize,all,,,20!分成20份allsel,alllsel,s,leng,,d2/2-d1/2!选择长度为d2/2-d1/2的线lesize,all,,,4!分成4份allsel,alllsel,s,leng,,d3/2-d2/2!选择长度为d3/2-d2/2的线lesize,all,,,6!分成6份allsel,all!指定单元属性,aatt,areasattributeasel,s,loc,x,d1/2,d2/2aatt,1allsel,allasel,s,loc,x,d2/2,d3/2aatt,2allsel,all/replot!划分网格amesh,allfinish!退出前处理/solu!设置对流、压力、位移约束、参考温度nsel,s,loc,x,d1/2sf,all,conv,1,70!surfaceloadsonnodessf,all,pres,0.3e6nsel,s,loc,x,d3/2sf,all,conv,0.5,-40!surfaceloadsonnodesnsel,s,loc,y,0nsel,a,loc,y,len1d,all,uytref,20!referencetemperature，参考温度Solve!此处报警告，计算依然有效。查看err文件，提示很多节点未选择。finish!结束求解/post1plnsol,temp/expand,27,axis,,,10!绕轴270°扩展/VIEW,1,1,1,1!调整视图/replotasel,s,loc,x,d1/2,d2/2allsel,below,areaplnsol,s,xplnsol,s,yplnsol,s,zplnsol,s,int!stressintensity第三强度理论，各向同性的材料，最大剪应力校核，适用于塑性材料，屈服失效。偏保守。plnsol,s,eqv!vonmisestress第四强度理论，最大形状改变比能理论，适用于塑性材料的屈服失效，比第三理论适用范围广。finish