ansys_熱分析_瞬態(tài)_穩(wěn)態(tài)ppt課件

2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-1,ANSYS熱分析,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-2,目錄,第一章簡(jiǎn)介一、熱分析的目的二、ANSYS的熱分析三、ANSYS熱分析分類四、耦合分析第二章基礎(chǔ)知識(shí)一、符號(hào)與單位二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧三、熱傳遞的方式四、穩(wěn)態(tài)傳熱五、瞬態(tài)傳熱六、線性與非線性七、邊界條件、初始條件八、熱分析誤差估計(jì),Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-3,目錄（續(xù)）,第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義二、熱分析的單元三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程練習(xí)第四章瞬態(tài)傳熱分析一、瞬態(tài)傳熱分析的定義二、瞬態(tài)熱分析的單元及命令三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟1、建模2、加載求解3、后處理四、相變問題練習(xí),Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-4,第一章熱分析簡(jiǎn)介,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-5,在完成本章學(xué)習(xí)后，我們應(yīng)該對(duì)熱分析的基本概念有所了解，并了解它的基本分類。,ModuleObjective,第一講熱分析的目的第二講ANSYS的熱分析第三講ANSYS熱分析分類第四講耦合分析,LessonObjectives,目標(biāo),2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-6,熱分析的目的,P-1.熱分析的目的熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量等。熱分析在許多工程應(yīng)用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)、換熱器、管路系統(tǒng)、電子元件等。,Objective,Definition,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-7,ANSYS的熱分析,P-2.ANSYS的熱分析在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能。ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度，并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，還可以分析相變、有內(nèi)熱源、接觸熱阻等問題。,Objective,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-8,ANSYS的熱分析分類,P-3.ANSYS的熱分析分類穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場(chǎng)隨時(shí)間明顯變化,Objective,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-9,耦合分析,P-4.與熱有關(guān)的耦合分析熱結(jié)構(gòu)耦合熱流體耦合熱電耦合熱磁耦合熱電磁結(jié)構(gòu)耦合等,Objective,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-10,第二章基礎(chǔ)知識(shí),2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-11,本章學(xué)習(xí)，我們簡(jiǎn)單介紹熱分析的基礎(chǔ)知識(shí)，以助于大家對(duì)以后的熱分析有個(gè)大體概念。,ModuleObjective,第一講、符號(hào)與單位第二講、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧第三講、熱傳遞的方式第四講、穩(wěn)態(tài)傳熱第五講、瞬態(tài)傳熱第六講、線性與非線性第七講、邊界條件、初始條件第八講、熱分析誤差估計(jì),LessonObjectives,目標(biāo),2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-12,第一講、符號(hào)與單位,表征物體吸收的熱量，為一個(gè)體系的內(nèi)能與體系的體積和外界施加于體系的壓強(qiáng)的乘積之和,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-13,第二講、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-14,第三講、熱傳遞的方式,1、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個(gè)物體之間或一個(gè)物體的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換。熱傳導(dǎo)遵循付里葉定律：qn=-k*(dT/dx)，式中qn為熱流密度（W/m2），k為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m-），“-”表示熱量流向溫度降低的方向。2、熱對(duì)流熱對(duì)流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。熱對(duì)流可以分為兩類：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱對(duì)流用牛頓冷卻方程來描述：qn=h*(TS-TB)，式中h為對(duì)流換熱系數(shù)（或稱膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系數(shù)等），TS為固體表面的溫度，TB為周圍流體的溫度。,Definition,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-15,第三講、熱傳遞的方式,3、熱輻射熱輻射指物體發(fā)射電磁能，并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程。物體溫度越高，單位時(shí)間輻射的熱量越多。熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流都需要有傳熱介質(zhì)，而熱輻射無須任何介質(zhì)。實(shí)質(zhì)上，在真空中的熱輻射效率最高。在工程中通?？紤]兩個(gè)或兩個(gè)以上物體之間的輻射，系統(tǒng)中每個(gè)物體同時(shí)輻射并吸收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬波爾茲曼方程來計(jì)算：q=A1F12(T14-T24)，式中q為熱流率，為輻射率（黑度），為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，約為5.6710-8W/m2.K4，A1為輻射面1的面積，F(xiàn)12為由輻射面1到輻射面2的形狀系數(shù)，T1為輻射面1的絕對(duì)溫度，T2為輻射面2的絕對(duì)溫度。由上式可以看出，包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。,Definition,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-16,第四講、穩(wěn)態(tài)傳熱,如果系統(tǒng)的凈熱流率為，即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量：q流入+q生成-q流出=0，則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱分析中任一節(jié)點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化。穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示）KT=Q式中：K為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；T為節(jié)點(diǎn)溫度向量；Q為節(jié)點(diǎn)熱流率向量，包含熱生成；ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成K、T以及Q。,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-17,第五講、瞬態(tài)傳熱,瞬態(tài)傳熱過程是指一個(gè)系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個(gè)過程中系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時(shí)間都有明顯變化。根據(jù)能量守恒原理，瞬態(tài)熱平衡可以表達(dá)為（以矩陣形式表示）：C+KT=Q式中:K為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；C為比熱矩陣,考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加;T為節(jié)點(diǎn)溫度向量；為溫度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù);Q為節(jié)點(diǎn)熱流率向量，包含熱生成。,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-18,第六講、線性與非線性,如果有下列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析：、材料熱性能隨溫度變化，如K(T),C(T)等；、邊界條件隨溫度變化，如h(T)等；、含有非線性單元；、考慮輻射傳熱非線性熱分析的熱平衡矩陣方程為：C(T)+K(T)T=Q(T),Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-19,第七講、邊界條件、初始條件,ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件可分為七種：溫度;熱流率;熱流密度;對(duì)流;輻射;絕熱;生熱。,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-20,第八講、熱分析誤差估計(jì),僅用于評(píng)估由于網(wǎng)格密度不夠帶來的誤差；僅適用于SOLID或SHELL的熱單元（只有溫度一個(gè)自由度）；基于單元邊界的熱流密度的不連續(xù)；僅對(duì)一種材料、線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效；使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分可以對(duì)誤差進(jìn)行控制。,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-21,第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-22,本章學(xué)習(xí)，我們將介紹穩(wěn)態(tài)傳熱分析的知識(shí)，以助于大家了解以后的穩(wěn)態(tài)傳熱分析，并能對(duì)簡(jiǎn)單的問題進(jìn)行求解。,ModuleObjective,第一講、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義第二講、熱分析的單元第三講、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程練習(xí),LessonObjectives,目標(biāo),2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-23,第一講、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義,穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對(duì)系統(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析以前，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計(jì)算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù),Definition,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-24,第二講、熱分析的單元,熱分析涉及到的單元有大約40種，其中純粹用于熱分析的有14種：線性：LINK32兩維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元LINK33三維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元LINK34二節(jié)點(diǎn)熱對(duì)流單元LINK31二節(jié)點(diǎn)熱輻射單元二維實(shí)體：PLANE55四節(jié)點(diǎn)四邊形單元PLANE77八節(jié)點(diǎn)四邊形單元PLANE35三節(jié)點(diǎn)三角形單元PLANE75四節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱單元PLANE78八節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱單元三維實(shí)體SOLID87六節(jié)點(diǎn)四面體單元SOLID70八節(jié)點(diǎn)六面體單元SOLID90二十節(jié)點(diǎn)六面體單元?dú)HELL57四節(jié)點(diǎn)點(diǎn)MASS71有關(guān)單元的詳細(xì)解釋，請(qǐng)參閱ANSYSElementReferenceGuide,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-25,第三講、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程,ANSYS熱分析可分為三個(gè)步驟：前處理：建模求解：施加載荷計(jì)算后處理：查看結(jié)果,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-26,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟一：建模,、確定jobname、title、unit；、進(jìn)入PREP7前處理，定義單元類型，設(shè)定單元選項(xiàng)；、定義單元實(shí)常數(shù)；、定義材料熱性能參數(shù)，對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳熱，一般只需定義導(dǎo)熱系數(shù)，它可以是恒定的，也可以隨溫度變化；、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格，請(qǐng)參閱ANSYSModelingandMeshingGuide。,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-27,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,、定義分析類型如果進(jìn)行新的熱分析：Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:MainmenuSolution-AnalysisType-NewAnalysisSteady-state如果繼續(xù)上一次分析，比如增加邊界條件等：Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:MainmenuSolutionAnalysisType-Restart,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-28,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,、施加載荷可以直接在實(shí)體模型或單元模型上施加五種載荷(邊界條件)：a、恒定的溫度通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。CommandFamily:DGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Temperature,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-29,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,b、熱流率熱流率作為節(jié)點(diǎn)集中載荷，主要用于線單元模型中(通常線單元模型不能施加對(duì)流或熱流密度載荷)，如果輸入的值為正，代表熱流流入節(jié)點(diǎn)，即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時(shí)施加在一節(jié)點(diǎn)上則ANSYS讀取溫度值進(jìn)行計(jì)算。注意：如果在實(shí)體單元的某一節(jié)點(diǎn)上施加熱流率，則此節(jié)點(diǎn)周圍的單元要密一些，在兩種導(dǎo)熱系數(shù)差別很大的兩個(gè)單元的公共節(jié)點(diǎn)上施加熱流率時(shí)，尤其要注意。此外，盡可能使用熱生成或熱流密度邊界條件，這樣結(jié)果會(huì)更精確些。CommandFamily:FGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatFlow,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-30,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,c、對(duì)流對(duì)流邊界條件作為面載施加于實(shí)體的外表面，計(jì)算與流體的熱交換，它僅可施加于實(shí)體和殼模型上，對(duì)于線模型，可以通過對(duì)流線單元LINK34考慮對(duì)流。CommandFamily:SFGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Convection,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-31,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,d、熱流密度熱流密度也是一種面載。當(dāng)通過單位面積的熱流率已知或通過FLOTRANCFD計(jì)算得到時(shí)，可以在模型相應(yīng)的外表面施加熱流密度。如果輸入的值為正，代表熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實(shí)體和殼單元。熱流密度與對(duì)流可以施加在同一外表面，但ANSYS僅讀取最后施加的面載進(jìn)行計(jì)算。CommandFamily:FGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatFlux,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-32,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,e、生熱率生熱率作為體載施加于單元上，可以模擬化學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。CommandFamily:BFGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatGenerat,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-33,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,定載荷步選項(xiàng)對(duì)于一個(gè)熱分析，可以確定普通選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出控制。a.普通選項(xiàng)時(shí)間選項(xiàng)：雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析，時(shí)間選項(xiàng)并沒有實(shí)際的物理意義，但它提供了一個(gè)方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。Command:TIMEGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-34,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,每載荷步中子步的數(shù)量或時(shí)間步大?。簩?duì)于非線性分析，每一載荷步需要多個(gè)子步。Command:NSUBSTGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTimeandSubstpsCommand:DELTIMGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-35,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,遞進(jìn)或階越選項(xiàng)：如果定義階越(stepped)選項(xiàng)，載荷值在這個(gè)載荷步內(nèi)保持不變；如果為遞進(jìn)(ramped)選項(xiàng)，則載荷值由上一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化。Command:KBCGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-36,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,定載荷步選項(xiàng)b.非線性選項(xiàng)迭代次數(shù)：本選項(xiàng)設(shè)置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)。默認(rèn)值為25，對(duì)大數(shù)熱分析問題足夠。Command:NEQITGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearEquilibriumIter,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-37,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng):對(duì)于非線性問題，可以自動(dòng)設(shè)定子步間載荷的增長(zhǎng)，保證求解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。Command:AUTOTSGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-38,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,收斂誤差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗(yàn)熱分析的收斂性。Command:CNVTOLGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearConvergenceCrit,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-39,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,求解結(jié)束選項(xiàng)：如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達(dá)不到收斂，ANSYS可以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解。Command:NCNVGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearCriteriatoStop,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-40,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,線性搜索：設(shè)置本選項(xiàng)可使ANSYS用Newton-Raphson方法進(jìn)行線性搜索。Command:LNSRCHGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearLineSearch,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-41,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,預(yù)測(cè)矯正：本選項(xiàng)可激活每一子步第一次迭代對(duì)自由度求解的預(yù)測(cè)矯正。Command:PREDGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearPredictor,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-42,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,定載荷步選項(xiàng)c.輸出控制控制打印輸出：本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out文件中。Command:OUTPRGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-OutputCtrlsSoluPrintout,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-43,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,c.輸出控制控制結(jié)果文件：控制*.rth的內(nèi)容。Command:OUTRESGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-OutputCtrlsDB/ResultsFile,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-44,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,確定分析選項(xiàng)a.Newton-Raphson選項(xiàng)（僅對(duì)非線性分析有用）Command:NROPTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-45,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,b.選擇求解器：可選擇如下求解器中一個(gè)進(jìn)行求解：Frontalsolver(默認(rèn)）JacobiConjugateGradient(JCG)solverJCGout-of-memorysolverIncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)solverPre-ConditionedConjugateGradientSolver(PCG)Iterative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSLVGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions注意：熱分析可選用Iterative選項(xiàng)進(jìn)行快速求解，但如下情況除外：熱分析包含SURF19或SURF22或超單元；熱輻射分析；相變分析需要restartananalysis,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-46,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,c.確定絕對(duì)零度：在進(jìn)行熱輻射分析時(shí)，要將目前的溫度值換算為絕對(duì)溫度。如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)定為273；如果使用的是華氏度，則為460。Command:TOFFSTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-47,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟二:施加載荷計(jì)算,保存模型:點(diǎn)擊ANSYS工具條SAVE_DB。求解Command:SOLVEGUI:MainMenuSolutionCurrentLS,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-48,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三：后處理,ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入*.rth文件中，它包含如下數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)溫度導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度單元熱流率節(jié)點(diǎn)的反作用熱流率其它,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-49,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三：后處理,對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用POST1進(jìn)行后處理，關(guān)于后處理的完整描述，可參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide。進(jìn)入POST1后，讀入載荷步和子步：Command:SETGUI:MainMenuGeneralPostproc-ReadResults-ByLoadStep,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-50,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三：后處理,可以通過如下三種方式查看結(jié)果：彩色云圖顯示Command:PLNSOL,PLESOL,PLETAB等GUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResultsNodalSolu,ElementSolu,ElemTable,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-51,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三：后處理,矢量圖顯示Command:PLVECTGUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResultsPre-definedorUserdefined,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-52,穩(wěn)態(tài)熱分析步驟三：后處理,列表顯示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenuGeneralPostprocListResultsNodalSolu,ElementSolu,ReactionSolu詳細(xì)過程請(qǐng)參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide。,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-53,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,某一潛水艇可以簡(jiǎn)化為一圓筒，它由三層組成，最外面一層為不銹鋼，中間為玻纖隔熱層，最里面為鋁層，筒內(nèi)為空氣，筒外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布。幾何參數(shù)：筒外徑30feet總壁厚2inch不銹鋼層壁厚0.75inch玻纖層壁厚1inch鋁層壁厚0.25inch筒長(zhǎng)200feet導(dǎo)熱系數(shù)：不銹鋼8.27BTU/hr.ft.oF玻纖0.028BTU/hr.ft.oF鋁117.4BTU/hr.ft.oF,Exercise,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-54,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,邊界條件：空氣溫度70oF海水溫度44.5oF空氣對(duì)流系數(shù)2.5BTU/hr.ft2.oF海水對(duì)流系數(shù)80BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圓筒軸線作橫截面，得到一圓環(huán)，取其中1度進(jìn)行分析,如圖示。,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-55,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,以下分別列出log文件和菜單文件。/,Steady1/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine/units,BFTRo=15!外徑(ft)Rss=15-(0.75/12)!不銹鋼層內(nèi)徑ft)Rins=15-(1.75/12)!玻璃纖維層內(nèi)徑(ft)Ral=15-(2/12)!鋁層內(nèi)徑(ft)Tair=70!潛水艇內(nèi)空氣溫度Tsea=44.5!海水溫度Kss=8.27!不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Kins=0.028!玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF),2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-56,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,Kal=117.4!鋁的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5!空氣的對(duì)流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80!海水的對(duì)流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55!定義二維熱單元mp,kxx,1,Kss!設(shè)定不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)mp,kxx,2,Kins!設(shè)定玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)mp,kxx,3,Kal!設(shè)定鋁的導(dǎo)熱系數(shù)pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!創(chuàng)建幾何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,all,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-57,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,numcmp,arealesize,1,16!設(shè)定劃分網(wǎng)格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!設(shè)定為映射網(wǎng)格劃分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-58,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,TAIR!施加空氣對(duì)流邊界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA!施加海水對(duì)流邊界SOLVE/POST1PLNSOL！輸出溫度彩色云圖finish,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-59,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,菜單操作:1.UtilityMenujobname,輸入Steady1；2.UtilityMenutitle,輸入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；3.在命令行輸入:/units,BFT；4.MainMenu:Preprocessor；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-60,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,菜單操作:5.MainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete,選擇PLANE55；6.MainMenu:PreprocessorMaterialProp-Constant-Isotropic,默認(rèn)材料編號(hào)為1,在KXX框中輸入8.27,選擇APPLY,輸入材料編號(hào)為2,在KXX框中輸入0.028,選擇APPLY,輸入材料編號(hào)為3,在KXX框中輸入117.4；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-61,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,菜單操作:7.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleByDimensions在RAD1中輸入15,在RAD2中輸入15-(.75/12),在THERA1中輸入-0.5,在THERA2中輸入0.5,選擇APPLY;在RAD1中輸入15-(.75/12),在RAD2中輸入15-(1.75/12),選擇APPLY;在RAD1中輸入15-(1.75/12),在RAD2中輸入15-2/12,選擇OK；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-62,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,菜單操作:8.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,選擇PICKALL；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-63,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,菜單操作:9.MainMenu:Preprocessor-Meshing-SizeContrls-Lines-PickedLines選擇不銹鋼層短邊,在NDIV框中輸入4,選擇APPLY;,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-64,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,選擇玻璃纖維層的短邊,在NDIV框中輸入5,選擇APPLY;選擇鋁層的短邊,在NDIV框中輸入2,選擇APPLY;選擇四個(gè)長(zhǎng)邊,在NDIV中輸入16；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-65,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,10.MainMenu:Preprocessor-Attributes-DefinePickedArea選擇不銹鋼層,在MAT框中輸入1,選擇APPLY;選擇玻璃纖維層,在MAT框中輸入2,選擇APPLY;選擇鋁層,在MAT框中輸入3,選擇OK；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-66,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,11.MainMenu:Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3or4sided,選擇PICKALL；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-67,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,12.MainMenu:Solution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOnlines選擇不銹鋼外壁,在VALI框中輸入80,在VAL2I框中輸入44.5,選擇APPLY;,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-68,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,選擇鋁層內(nèi)壁,在VALI框中輸入2.5,在VAL2I框中輸入70,選擇OK；,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-69,練習(xí)：穩(wěn)態(tài)傳熱分析,13.MainMenu:Solution-Solve-CurrentLS；14.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSolu,選擇Temperature。,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-70,ANSYSVerificationManual中關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例：,VM58CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM92InsultedwalltemperatureVM93TemperaturedependentconductivityVM94HeatgeneratingplateVM95HeattransferfromacoolingspineVM96TemperaturedistributioninashortsolidcylinderVM97TemperaturedistributionalongastraightfinVM98TemperaturedistributionalongataperedfinVM99TemperaturedistributioninatrapezoidalfinVM100Heatconductivityacrossachimneysection,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-71,穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例：,VM101TemperaturedistributioninashortsolidcylinderVM102CylinderwithtemperaturedependentconductivityVM103ThinplatewithacentralheatsourceVM105HeatgenerationcoilwithtemperaturedependentconductivityVM108TemperaturegradientacrossasolidcylinderVM118CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM160SolidcylinderwithharmonictemperatureloadVM161HeatflowfromainsulatedpipeVM162CoolingofacircularfinofrectangularprofileVM193Adaptiveanalysisoftwo-dimensionalheattransferwithconvection,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-72,第四章瞬態(tài)傳熱分析,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-73,本章學(xué)習(xí)，我們將介紹瞬態(tài)傳熱分析的知識(shí)，以助于大家了解瞬態(tài)傳熱分析，并能對(duì)簡(jiǎn)單的問題進(jìn)行求解。,ModuleObjective,第一講、瞬態(tài)傳熱分析的定義第二講、瞬態(tài)熱分析的單元及命令第三講、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟第四講、建模第五講、加載求解第六講、后處理第七講、相變問題練習(xí),LessonObjectives,目標(biāo),2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-74,第一講、瞬態(tài)傳熱的定義,瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)間變化的溫度場(chǎng)及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計(jì)算溫度場(chǎng)，并將之作為熱載荷進(jìn)行應(yīng)力分析。其基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似。主要的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷是隨時(shí)間變化的。為了表達(dá)隨時(shí)間變化的載荷，首先必須將載荷時(shí)間曲線分為載荷步。載荷時(shí)間曲線中的每一個(gè)拐點(diǎn)為一個(gè)載荷步，如下圖所示。對(duì)于每一個(gè)載荷步，必須定義載荷值及時(shí)間值，同時(shí)必須選擇載荷步為漸變或階越。,Definition,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-75,第二講、瞬態(tài)熱分析中的單元及命令,瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同。要了解每個(gè)單元的詳細(xì)說明，請(qǐng)參閱ANSYSElementReferenceGuide。要了解每個(gè)命令的詳細(xì)功能，請(qǐng)參閱ANSYSCommandReferenceGuide。,Definition,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-76,第三講、瞬態(tài)熱分析的主要步驟,建模加載求解后處理,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-77,瞬態(tài)熱分析步驟一：建模,確定jobname、title、units,進(jìn)入PREP7；定義單元類型并設(shè)置選項(xiàng)；如果需要，定義單元實(shí)常數(shù)；定義材料熱性能：一般瞬態(tài)熱分析要定義導(dǎo)熱系數(shù)、密度及比熱；建立幾何模型；對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格。關(guān)于建模及劃分網(wǎng)格，請(qǐng)參閱ANSYSModelingandMeshingGuide。,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-78,瞬態(tài)熱分析步驟二：加載求解,a、定義分析類型如果第一次進(jìn)行分析，或重新進(jìn)行分析GUI:MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysisTransientCommand:ANTYPE,TRANSIENT,NEW,Guidelines,2001年10月1日2020/4/27,*ANSYS培訓(xùn)教程版本5.5XJTUMSSVBy:HaichGao(011001),Them-79,瞬態(tài)熱分析步驟二：