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ANSYS教程:瞬态传热分析

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方法/步骤
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瞬态传热分析的定义  瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析。瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态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,如下图所示。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渐变或阶越。

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瞬态热分析中的单元及命令  瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。要了解每个单元的详细说明,请参阅《ANSYS Element Reference Guide》

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ANSYS 瞬态热分析的主要步骤建模加载求解后处理

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建模确定jobname、title、units, 进入PREP7;定义单元类型并设置选项;如果需要,定义单元实常数;定义材料热性能:一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热;建立几何模型;对几何模型划分网格。

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加载求解1、定义分析类型如果第一次进行分析,或重新进行分析GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>TransientCommand: ANTYPE,TRANSIENT,NEW如果接着上次的分析继续进行(例如增加其它载荷)GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>RestartCommand: ANTYPE,TRANSIENT,REST2、获得瞬态热分析的初始条件①、定义均匀温度场  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Command: TUNIFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp  如果不在对话框中输入数据,则默认为参考温度,参考温度的值默认为零,但可通过如下方法设定参考温度:Command: TREFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp注意:设定均匀的初始温度,与如下的设定节点的温度(自由度)不同Command: DGUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes  初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效;而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程,除非通过下列方法删除此约束:Command: DDELEGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes②、设定非均匀的初始温度  在瞬态热分析中,节点温度可以设定为不同的值:Command: ICGUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n>Define  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:设定载荷(如已知的温度、热对流等)将时间积分设置为OFF:Command:  TIMINT, OFFGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time Integration设定一个只有一个子步的,时间很小的载荷步(例如0.001):Command:  TIMEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps写入载荷步文件:Command: LSWRITEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解:Command: SOLVEGUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS注意:在第二载荷步中,要删去所有设定的温度,除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。3、设定载荷步选项①、普通选项时间:本选项设定每一载荷步结束时的时间:Command:  TIMEGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps每个载荷步的载荷子步数,或时间增量  对于非线性分析,每个载荷步需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小,计算精度越高,同时计算的时间越长。根据线性传导热传递,可以按如下公式估计初始时间步长:其中为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度,为导温系数,它等于导热系数除以密度与比热的乘积()。Command:  NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps  如果载荷在这个载荷步是恒定的,需要设为阶越选项;如果载荷值随时间线性变化,则要设定为渐变选项:Command:  KBCGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps②、非线性选项迭代次数: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。Command:  NEQITGUI: Main Menu> Solution>-Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter自动时间步长:本选项为ON时,在求解过程中将自动调整时间步长。Command:  AUTOTSGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps时间积分效果:如果将此选项设定为OFF,将进行稳态热分析。Command:  TIMINTGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration③、输出选项控制打印输出:本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中Command: OUTPRGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>Solu Printout控制结果文件:控制*.rth的内容Command: OUTRESGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>DB/Results File„、存盘求解

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后处理  ANSYS提供两种后处理方式:POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理;Command: POST1GUI: Main Menu>General Postproc.POST26,可以对模型中特定点在所有载荷步(整个瞬态过程)的结果进行后处理。Command: POST26GUI: Main Menu>TimeHist Postproc1、用POST1进行后处理进入POST1后,可以读出某一时间点的结果:Command: SETGUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq  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: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step  然后就可以采用与稳态热分析类似的方法,对结果进行彩色云图显示、矢量图显示、打印列表等后处理。2、用POST26进行后处理首先要定义变量:Command: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线:Command: PLVARGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables或列表输出:Command: PRVARGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables  此外,POST26还提供许多其它功能,如对变量进行数学操作等,请参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》

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