ANSYS穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析步驟簡述

1、ANSYS穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱模擬基本步驟基于ANSYS 9.0一、 穩(wěn)態(tài)分析從溫度場是否是時間的函數(shù)即是否隨時間變化上，熱分析包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析。其中，穩(wěn)態(tài)指的是系統(tǒng)的溫度場不隨時間變化，系統(tǒng)的凈熱流率為0，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：（3-1）在穩(wěn)態(tài)分析中，任一節(jié)點的溫度不隨時間變化?；静襟E：（為簡單起見，按照軟件的菜單逐級介紹）1、 選擇分析類型點擊Preferences菜單，出現(xiàn)對話框1。對話框1我們主要針對的是熱分析的模擬，所以選擇Thermal。這樣做的目的是為了使后面的菜單中只有熱分析相關(guān)的選項。2、 定義單元類型GUI：PreprocessorElem

2、ent TypeAdd/Edit/Delete 出現(xiàn)對話框2對話框2點擊Add,出現(xiàn)對話框3對話框3在ANSYS中能夠用來熱分析的單元大約有40種，根據(jù)所建立的模型選擇合適的熱分析單元。對于三維模型，多選擇SLOID87：六節(jié)點四面體單元。3、 選擇溫度單位默認一般都是國際單位制，溫度為開爾文（K）。如要改為，如下操作GUI：PreprocessorMaterial PropsTemperature Units選擇需要的溫度單位。4、 定義材料屬性對于穩(wěn)態(tài)分析，一般只需要定義導熱系數(shù)，他可以是恒定的，也可以隨溫度變化。GUI: PreprocessorMaterial Props Materi

3、al Models 出現(xiàn)對話框4對話框4一般熱分析，材料的熱導率都是各向同性的，熱導率設(shè)定如對話框5.對話框5若要設(shè)定材料的熱導率隨溫度變化，主要針對半導體材料。則需要點擊對話框5中的Add Temperature選項，設(shè)置不同溫度點對應的熱導率，當然溫度點越多，模擬結(jié)果越準確。設(shè)置完畢后，可以點擊Graph按鈕，軟件會生成熱導率隨溫度變化的曲線。對話框5中，Material菜單，New Model選項，添加多種材料的熱參數(shù)。5、 創(chuàng)建幾何模型GUI：PreprocessorModelingCreate 根據(jù)熱模型，創(chuàng)建幾何模型。對于復雜的幾何模型，可能要用到加、減、并、交等布爾運算，可參考相

4、關(guān)資料。其中很重要而容易被忽視的一個操作就是粘結(jié)（Glue），用于不同圖元之間，只在公共邊界處相關(guān)的搭接，以保證熱量在不同結(jié)構(gòu)層間的傳遞。GUI：PreprocessorModelingOperateBooleansGlue建模過程中同樣可以對圖元進行復制、移動、刪除等命令。其中需要注意的是刪除一個面或者體的時候，為了使刪除的徹底要用PreprocessorModelingDeleteVolume and Below 這條命令，否則只能刪除掉體，刪除不了組成體的面以及線。6、 分配材料屬性以及網(wǎng)格劃分之所以把這兩個步驟放到一起，是因為ANSYS提供了一個方便的網(wǎng)格劃分工具條可以快捷的完成這兩步

5、操作。GUI：PreprocessorMeshingMeshTool 調(diào)出工具條對話框6（1）、分配材料屬性在前面的第4步中，我們定義了材料的屬性，但是并沒有分配給模型中的各層材料。在對話框6中，在單元屬性的下拉列表框中選擇Volumes，然后點擊Set，出現(xiàn)選擇體的對話框7。 對話框7移動鼠標選擇要賦予屬性的體，點擊對話框中的OK按鈕，出現(xiàn)賦予材料屬性的對話框8。在對話框8中的Material number項后選擇與所選材料對應的材料序號。同對話框6 樣的方法，將所有定義好的材料屬性賦予模型中對應的各層材料。對話框8（2）劃分網(wǎng)格網(wǎng)格有兩種劃分方式：自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分。自由網(wǎng)格劃分對

6、實體沒有特殊的要求；自由體網(wǎng)格一般為四面體單元，這也就限制了第2步操作中的單元類型的選擇；無法控制內(nèi)部節(jié)點。映射網(wǎng)格劃分要求面或體是規(guī)則的形狀；體網(wǎng)格只包含六面體單元；可以很好的控制內(nèi)部節(jié)點的位置。對于初學者，大都采用自由網(wǎng)格劃分，映射網(wǎng)格可能需要更多的經(jīng)驗。在網(wǎng)格劃分工具條Mesh后的下拉列表選擇要劃分的幾何類型；shape項選擇Tet(四面體)或者Hex（六面體）；選擇Free（自由網(wǎng)格）；然后點擊Mesh，即開始網(wǎng)格劃分。7、 設(shè)定分析類型菜單命令：SolutionAnalysis TypeNew Analysis,選擇Steady-state。8、 設(shè)置初始條件以及載荷執(zhí)行菜單命令：S

7、olutionDefine LoadsApplyThermal，下一級菜單中就包含了熱分析相關(guān)的溫度、熱流密度、對流換熱系數(shù)、生熱率、輻射率等參數(shù)的設(shè)置。其中，對流換熱系數(shù)的設(shè)置對話框9。對話框9在coefficient項填寫對流換熱系數(shù)，在Bulk temperature項填寫流體（空氣或者水）的溫度。9、 穩(wěn)態(tài)求解GUI：SolutionCurrent LS10、 后處理（1）、查看溫度分布圖。GUI: General PostprocessPlot ResultsNodal Solu，選擇DOF Solution對應的Temperature TEMP,得到溫度場分布圖。非均勻溫度分布圖：

8、有些情況下，需要將某一溫度范圍（如350380K）內(nèi)的溫度值細化，以使溫度分布圖中的這一溫度范圍的顏色層次更明顯。這時候需要進行非均勻溫度設(shè)置。方法是點擊ANSYS上方菜單中的PlotCtros選項，下拉列表中選擇Style，接著依次選擇ContoursNon-Uniform Contours，出現(xiàn)對話框10，在對話框10中將350380的數(shù)值細化后填入對話框，點擊Replot。對話框10（2）、查看保存節(jié)點數(shù)據(jù)。GUI：General PostprocessList ResultsSorted ListingSort Nodes,出現(xiàn)對話框11。 對話框11在對話框11中的List sort

9、ed nodes for后的下拉列表中選擇Results/Coords。將出現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)文件，一是節(jié)點溫度數(shù)據(jù)，一是節(jié)點坐標數(shù)據(jù)。將這兩個文件保存，以便進一步分析。二、 瞬態(tài)熱分析溫度場隨時間發(fā)生變化的傳熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)傳熱。實際生產(chǎn)生活中，絕大部分的傳熱過程都是非穩(wěn)態(tài)傳熱，穩(wěn)態(tài)傳熱只是一個近似的假定。對于非周期性傳熱過程，物體的溫度不斷升高和降低，并在經(jīng)歷相當長的時間后逐漸趨于平衡（不再改變），這類傳熱過程即為瞬態(tài)傳熱。瞬態(tài)傳熱的分析步驟和穩(wěn)態(tài)大體相似，下面在穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)上將瞬態(tài)分析需要在那幾個步驟上做一些額外的設(shè)置簡單介紹下。1、 對應穩(wěn)態(tài)分析的第4步：定義材料屬性，對于瞬態(tài)分析必須要定義

10、材料的密度和比熱容。2、 對應穩(wěn)態(tài)分析的第7步：設(shè)定分析類型菜單命令：SolutionAnalysis TypeNew Analysis，瞬態(tài)分析選擇Transient。3、 較多的不同主要體現(xiàn)在第8步，設(shè)置初始條件以及載荷。首先，瞬態(tài)分析過程，一般都要給予一個初始狀態(tài)，對于熱分析通常是要給整個模型施加一個初始溫度場，設(shè)置命令為：SolutionDefine LoadsSettingsUniform Temp，在出現(xiàn)的對話框中填寫初始溫度，如300K。其次，施加載荷的不同，瞬態(tài)分析的載荷都是與時間相關(guān)的。下面以施加隨時間變化的生熱率為例介紹瞬態(tài)載荷的施加過程。GUI：SolutionDefin

11、e LoadsApplyThermalHeat GenerateOn Volumes,然后選擇要施加載荷的體，出現(xiàn)施加生熱率的對話框12. 對話框12在對話框12中，Apply HGEN on volume后的下拉菜單中選擇New table,接著在彈出的對話框中輸入新建表格的名稱，將出現(xiàn)表格設(shè)置對話框13。在對話框13中，I,J,K分別代表數(shù)值的維數(shù)，I為行，J為列。K一般用不著，設(shè)為0。取I=4、J=1、K=0，I變量命名為TIME，J變量命名為HGEN，點擊OK，出現(xiàn)新建的列表14。表14實際是5行2列，其中第0列是時間值，第0行是載荷編號。表中設(shè)置為0-1秒時間內(nèi)生熱率數(shù)值為1000,

12、1-2秒生熱率數(shù)值為0，因為要求第0列和第0行數(shù)據(jù)都是遞增的，所以第四行中的時間值填寫的是1.0001。設(shè)置完畢后，F(xiàn)ileApply/Quit。對話框13列表144、 瞬態(tài)分析要比穩(wěn)態(tài)分析多一些必須的設(shè)置。菜單命令為：SolutionLoad Step Opts在下一級菜單Output CtrlsDB/Results File中，選擇將Every substep的結(jié)果都記錄下來，以便分析每一時間載荷步的數(shù)據(jù)結(jié)果。 下一級菜單Time/FrequenceTime-Time Step對話框15中，Time at end of load step后填寫施加載荷的時間長度。Time step siz

13、e中選擇時間步長，例如把2秒的時間分成10等份，時間步長就是0.2秒。時間步長越小，載荷步越多，計算精度越高，同時所需的時間也越長。如果載荷在載荷步中是恒定的，就設(shè)為階躍載荷（Stepped）,如果載荷隨時間線性變化就設(shè)為漸進載荷（Ramped）。自動時間步長根據(jù)需要選擇打開或者關(guān)閉，其中最小時間步長應小于前面設(shè)置的時間步長。 瞬態(tài)分析中，必須打開時間積分效果，菜單Time/FrequenceTime IntegrationAmplitude Decay，在出現(xiàn)的對話框中ON前面打?qū)︺^。對話框155、 后處理的不同，對于瞬態(tài)分析，需要用POST1和POST26兩種方式進行結(jié)果處理。其中POST1用于對整個模型在某一載荷步（時間點）的結(jié)果進行后處理，POST26用于對模型中特定點在所有載荷步（整個瞬態(tài)傳熱過程）的結(jié)果進行后處理。查看不同時間點的結(jié)果，命令為：General PostprocessRead ResultsBy Time/Freq,在出現(xiàn)的對話框中填寫想要查看的時間點，點擊OK。查看特定點的結(jié)果，需要POST26處理器。下面以查看峰值溫度點在整個瞬態(tài)加熱過程中的變化為例來說明。選擇T