ANSYS瞬态热分析教程及实例

QUST14.瞬态传热分析QUST24.瞬态传热分析瞬态传热分析的基本步骤与稳态热分析类似，主要的区别是瞬态传热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷－时间曲线分为载荷步。载荷－时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如图3-9所示。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为Ramped方式变化或Stepped方式变化。如果需要知道系统受随时间变化(或不变)的载荷和边界条件时的响应，就需要进行“瞬态分析”。QUST34.瞬态传热分析QUST45.瞬态传热分析ANSYS缺省是渐进加载的。渐进加载可以提高瞬态求解的适应性，如果有非线性时可以提高收敛性。QUST55.瞬态传热分析QUST65.瞬态传热分析在瞬态分析中，载荷步和子步的定义与非线性稳态分析十分类似。载荷定义的每个载荷步的终点，并可以随时间阶跃或渐进的施加。每个载荷步的求解是在子步上得到。子步长根据时间积分步长得到。自动时间步(ATS)同样适用于瞬态分析，可以简化ITS选择。ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性(如果存在)。QUST7均匀初始温度：如果整个模型的初始温度为均匀且非0，使用下列菜单指定:21345.瞬态传热分析QUST8非均匀的初始温度如果模型的初始温度分布已知但不均匀，使用这些菜单将初始条件施加在特定节点上213545.瞬态传热分析QUST95.瞬态传热分析ANSYS瞬态传热分析的主要步骤1.建立有限元模型2.施加载荷并求解3.求解4.查看分析结果QUST10择分析类型进行瞬态传热分析需要首先需要定义分析类型及其相关选项。下面介绍分析类型及其选项的设定：进行第一次分析或者重新进行分析命令：ANTYPE,TRANSIENT,NEWGUI：MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysisTransient延续上一次分析命令：ANTYPE,TRANSIENT,RESTGUI：MainMenuSolutionAnalysisTypeRestartQUST11定义瞬态传热分析的初始条件瞬态传热分析的初始条件分为两种情况：其一，初始温度场已知；其二，初始温度场未知。QUST12已知初始温度场如果初始温度场是已知的，则定义过程比较简单，定义过程如下：1.定义均匀温度场命令：TUNIFGUI：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralTemperatureUniformTemp如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度。QUST132.设定参考温度命令：TREFGUI：MainMenuSolutionDefineLoadsSettingsReferenceTemp如果不在对话框中键入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零。QUST143.设置节点温度命令：DGUI：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalTemperatureOnNodesQUST153.设定非均匀的初始温度命令：ICGUI：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyInitialCondit'nDefine在瞬态传热分析中，节点温度可以通过此项设定为不同的值。QUST16初始温度场未知如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析确定初始条件，下面介绍分析选项的设定：1）施加载荷（如已知的温度、热对流等）2）关闭时间积分命令：TIMINT,OFFGUI：MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequencTimeIntegrationQUST17设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）命令：TIMEGUI：MainMenuSolutionAnalysisTypeSol'nControlsbasic4）写入载荷步文件命令：LSWRITEGUI：MainMenuSolutionLoadStepOptsWriteLSFile或先求解：GUI：MainMenuSolutionSolveCurrentLSQUST18非线性选项常用选项如下：１）迭代次数选项选项命令：NEQITGUI：MainMenuPreprocessorLoadsLoadStepOptsNonlinearEquilibriumIter每个子步默认的次数为25，这对大多数非线性热分析已经足够。QUST19自动时间步长选项命令：AUTOTSGUI：MainMenuSolutionAnalysisTypeSol'nControls打开后求解过程中将自动调整时间步长。QUST20时间积分选项命令：TIMINTGUI：MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequencTimeIntegration如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分析。QUST21求解命令：SOLVEGUI：MainMenuSolutionCurrentLSQUST22POST1后处理读入结果数据命令：SETGUI：MainMenuGeneralPostprocReadResultsByTime/Freq进入POST1后，可以读出某一时间点的结果。如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上，ANSYS会进行线性插值。此外还可以读出某一载荷步的结果：GUI：MainMenuGeneralPostprocReadResultsByLoadStepQUST233.3瞬态传热分析实例1.问题描述实例类型：ANSYS结构分析。分析类型：瞬态传热分析。单元类型：PLANE55ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作；定义比热容；施加瞬态热载荷；设置瞬态热载荷分析选项；显示模型温度等值线图；显示节点温度随时间变化曲线。QUST24QUST25长方形的板，几何参数及其边界条件如图3-6所示。板的宽度为5cm，其中间有一个半径为1cm的圆孔。板的初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃的流体中，左端置于温度为500℃的温度场，试计算：（1）第1s和第50s板内的温度分布情况。（2）整个板在前50s内的温度变化过程。（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线。QUST262.建立有限元模型首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型选择单元.(1)选择热分析单元，操作如下：GUI：MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete在弹出的对话框中，单击Add。在单元类型库对话框中选择Plane55单元。单击OK。命令：ET,1,PLANE55QUST27(2)定义材料属性首先进入DefineMaterialModelBehavior对话框，操作如下：GUI：MainMenuPreprocessorMaterialProps下面定义瞬态热分析所需的材料参数，如热传导率、比热容及材料密度：QUST28定义热传导率GUI：MainMenuPreprocessorMaterialPropsThermalConductivityIsotropic在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX栏键入“5”。命令：MPDATA,KXX,1,,5QUST29定义比热容GUI：MainMenuPreprocessorMaterialPropsThermalSpecificHeat在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“200”。命令：MPDATA,C,1,,200QUST30定义密度GUI：MainMenuPreprocessorMaterialPropsThermalDensity在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“5000”。命令：MPDATA,DENS,1,,5000材料属性定义完毕.QUST31(3)建立实体模型根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去（Substract）圆。下面介绍建立实体模型的操作：创建矩形命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05,QUST32创建圆面其操作如下：GUI：MainMenuPreprocessorModelingCreateCircleBydimensions在弹出对话框中，单击OK得到圆面。命令：CYL4,0.075,0.025,0.01QUST33相减根据ANSYS建模过程中面序号赋值原理，直接可以肯定圆面序号为2，矩形序号为1，因此采用直接键入命令建实体模型：命令：asba,1,2QUST34(4)设定网格尺寸并划分网格下面介绍网格尺寸的设定（SmartSize方式）：设定网格尺寸参数并划分网格,通过SmartSize控制网格密度，操作如下：GUI：MainMenuPreprocessorMeshingMeshTool选择SmartSize=3。单击Mesh。单击拾取对话框中PickAll按钮。得到网格图。QUST35命令：SMRT,3AMESH,All保存数据库,其操作如下：GUI：ToolbarSAVE-DB命令：SAVEQUST364.施加载荷并求解求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算。首先选择分析类型。(1)选择分析类型选择Transient分析，操作如下：QUST37GUI：MainMenuPreprocessorLoadsAnalysisTypeNewAnalysis选择Transient分析，单击OK。采用ANSYS默认设置，在弹出的子对话框中单击OK。命令：ANTYPE,4TRNOPT,FULLLUMPM,0QUST38(2)定义初始条件板的初始温度为20℃，设置初始温度操作如下：GUI：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyInitialCondit'nDefine在弹出的拾取对话框中，单击PickAll。弹出DefineInitialConditions对话框，命令：IC,All,TEMP,20,QUST39(3)定义热约束瞬态传热分析中的载荷是随着时间发生变化的。对于每一个载荷步都需要指明载荷值及时间值，还需要指定载荷步选项，如加载方式是Ramped方式还是Stepped方式。QUST40需要施加流体载荷和板的传热载荷。首先定义对流载荷。定义对流边界为了便于设定对流边界，首先显示边框图，操作如下：GUI：UtilityMenuPlotlines命令：LPLOTQUST41定义对流载荷/边界首先进入ApplyConvonlines对话框，操作如下：GUI：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalConvectionOnLines在弹出对话框中，键入Filmcoefficient和BulkTemperature值。命令：SFL,L2,CONV,100,,20,QUST42定义稳态热边界在边线上定义稳态热边界，操作如下：GUI：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalTemperatureOnLines在弹出对话框中，键入边界温度为“500”。单击OK。命令：DL,L4,,TEMP,500,1QUST43(4)设置时间及时间步进参数设定步进参数使ANSYS在较短的时间内达到可以接受的收敛精度。首先进入TimeandtimeStepOptios对话框，操作如下：GUI：MainMe