ANSYS瞬態(tài)熱分析

1、ANSYS瞬態(tài)熱分析一、穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熱分析 發(fā)布時間：2012-07-14 17:16三部分：1.建模；2加載求解；3后處理一、建?！按_定 jobname、title、units,進(jìn)入 PREP7；定義單元類型并設(shè)置選項；如果需要，定義單元實常數(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；對幾何模型劃分網(wǎng)格。關(guān)于建模及劃分網(wǎng)格，請參閱ANSYS Modeling and Meshing Guide。二、加載求解1、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: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Anal

2、ysis>TransientCommand: ANTYPE,TRANSIENT,NEW如果接著上次的分析繼續(xù)進(jìn)行（例如增加其它載荷）GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>RestartCommand: ANTYPE,TRANSIENT,REST2、獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件、定義均勻溫度場如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)定所有節(jié)點初始溫度Command: TUNIFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp如果不在對話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認(rèn)為參

3、考溫度，參考溫度的值默認(rèn)為零，但可通過如下方 法設(shè)定參考溫度：Command: TREFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp注意：設(shè)定均勻的初始溫度，與如下的設(shè)定節(jié)點的溫度（自由度）不同Command: DGUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes初始均勻溫度僅對分析的第一個子步有效；而設(shè)定節(jié)點溫度將保持貫穿整個瞬態(tài)分析過程， 除非通過下列方法刪除此約束：Comman

4、d: DDELEGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes、設(shè)定非均勻的初始溫度在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點溫度可以設(shè)定為不同的值：Command: ICGUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n>Define如果初始溫度場是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件：設(shè)定載荷（如已知的溫度、熱對流等）將時間積分設(shè)置為OFF：Command: TIMINT, O

5、FFGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time Integration設(shè)定一個只有一個子步的，時間很小的載荷步（例如0.001）：Command: TIMEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps寫入載荷步文件：Command: LSWRITEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>W

6、rite LS File或先求解：Command: SOLVEGUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS注意：在第二載荷步中，要刪去所有設(shè)定的溫度，除非這些節(jié)點的溫度在瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分 析相同。3、設(shè)定載荷步選項、普通選項九時間：本選項設(shè)定每一載荷步結(jié)束時的時間：Command: TIMEGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps九每個載荷步的載荷子步數(shù)，或時間增量對于非線性分析，每個載荷步需要多個載荷子步。時 間步長的

7、大小關(guān)系到計算的精度。步長越小，計算精度越高，同時計算的時間越長。根據(jù)線 性傳導(dǎo)熱傳遞，可以按如下公式估計初始時間步長：其中為沿?zé)崃鞣较驘崽荻茸畲筇幍膯卧拈L度，為導(dǎo)溫系數(shù)，它等于導(dǎo)熱系數(shù)除以密度與比 熱的乘積（）。Command: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps如果載荷在這個載荷步是恒定的，需要設(shè)為階越選項；如果載荷值隨時間線性變化，則要設(shè) 定為漸變選項：Command: KBCGUI: Main Menu> Solu

8、tion>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps、非線性選項九迭代次數(shù)：每個子步默認(rèn)的次數(shù)為25,這對大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠。Command: NEQITGUI: Main Menu> Solution>-Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter九自動時間步長：本選項為ON時，在求解過程中將自動調(diào)整時間步長。Command: AUTOTSGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Fr

9、equenc>Time and Substps九時間積分效果：如果將此選項設(shè)定為OFF，將進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析。Command: TIMINTGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration、輸出選項控制打印輸出：本選項可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out文件中Command: OUTPRGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>Solu Printout控制結(jié)果文件：控制*.rth的內(nèi)容C

10、ommand: OUTRESGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>DB/Results File存盤求解三、后處理ANSYS提供兩種后處理方式:“POST1,可以對整個模型在某一載荷步（時間點）的結(jié)果進(jìn)行后處理；Command: POST1GUI: Main Menu>General Postproc.“POST26,可以對模型中特定點在所有載荷步（整個瞬態(tài)過程）的結(jié)果進(jìn)行后處理。Command: POST26GUI: Main Menu>TimeHist Postproc1、用POST1

11、進(jìn)行后處理進(jìn)入POST1后，可以讀出某一時間點的結(jié)果：Command: SETGUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq如果設(shè)定的時間點不在任何一個子步的時間點上，ANSYS會進(jìn)行線性插值。此外還可以讀出某一載荷步的結(jié)果：GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對結(jié)果進(jìn)行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、打印列 表等后處理。2、用POST26進(jìn)行后處理首先要定義變量：Command:

12、NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables然后就可以繪制這些變量隨時間變化的曲線：Command: PLVARGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables或列表輸出：Command: PRVARGUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables此外，POST26還提供許多其它功能，如對變量進(jìn)行數(shù)學(xué)操作等，請參閱ANSYS BasicAnalysis Procedur

13、es Guide三、14.3瞬態(tài)動力學(xué)分析的基本步隳建立有限元網(wǎng)格模型t根據(jù)實際問題的特點，對所分析的問題進(jìn)行初步計劃；建立反映真實物理情況的CAD模型或簡化的CAD 模型，并對其劃分有限元網(wǎng)格：定義單元類型、單元選項、實常數(shù)、截面特性和材料特性。在進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析時，要注意如下內(nèi)容：可以使用線性和非線性單元。必須指定楊氏模量EX （或某種形式的剛度）和密度DENS（或某種形式的質(zhì)量）。材料特性可以是線性的或非線性的、各向同性的或各向異性的、恒定的或和溫度有關(guān)的。對于網(wǎng)格密度，要注意：網(wǎng)格密度應(yīng)當(dāng)密到足以確定感興趣的最高階振型；對應(yīng)力或應(yīng)變感興趣的區(qū)域比只考察位移的區(qū)域的網(wǎng)格密度要密一些；1

14、4.3.2如果要包含非線性特性，網(wǎng)格密度應(yīng)當(dāng)密到足以捕捉到非線性效應(yīng)。例如，塑性分析要求在較大塑性變 形梯度的區(qū)域有合理的積分點密度（即要求較密的網(wǎng)格）。進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析時，應(yīng)定義分析類型為瞬態(tài)分析（ANTYPE，TRANS）,再通過求解控制對話框設(shè)置求 解選項，如圖14-1和圖14-2所示。Basic|Transient I Sol*n Options I Nonlinear I Advanced NLWrite Items to Results Filea All solution itemsr Basic quantitiesr User selected?W?T,TiAnalysis

15、 Options（sinall Displacement Transient 二 I 廠 Calculate prestress effectsTime ControlTime at end of loadstep（6.1substepFrequency:Automatic time steppingjProg Chosena Number of substepsTime incrementNumber of substepslOOJt ax no.of substeps I 500 Jt in no.of substeps50圍 14-1 Solution Controls 對話框-Basi

16、c 選項卡Basic選項卡用于設(shè)置分析選項、時間控制和結(jié)果文件控制。圖14-1中定義了小變形的瞬態(tài)動力學(xué)分析， 求解時間為0.1，開啟自動時間步長控制，初始子步為100，最大子步為500，最小子步為50,將所有求解數(shù)據(jù) 寫入結(jié)果文件，寫入頻率為每個子步。Transient選項卡主要用于設(shè)置瞬態(tài)動力選項。圖14-2中開啟了時間積分效應(yīng)，采用階躍載荷加載，阻尼 系數(shù) ALPHA=0.075,BETA=0.025。一般地，對于線性瞬態(tài)動力學(xué)分析，僅需設(shè)置Basic選項卡和Transient選項卡。BasicFull TjAlgorithniNeimark algorithnAnplitude dec

17、ayfo.005GA1KA廣 Integration parameters |0.075Stiffness matrix multiplier|q Q25Jt idstep Criterion廠寞 idstep CriterionToler./Ref.for Bisection ,(TOLERB) jOInclude Response Frequency|Sol*n Options|Nonlinear|Advanced NLTime Integrationsient OptionsEansient effects 漢 Stepped loadingr Ranped loadingDanping

18、 CoefficientsJ ass matrix multiplier(ALPHA)圖 14-2 Solution Controls 對話框-Transient 選項卡gflg涵 IANSYS通常的約束、力/力矩、面載荷、體載荷和慣性載荷在瞬態(tài)動力學(xué)分析中都能運用，所有載荷都是 時間的函數(shù)，請讀者參閱第4章有關(guān)施加載荷的內(nèi)容。瞬態(tài)動力學(xué)分析要求給定兩種初始條件(因為要求解的方程式(14-1)是兩階的)：初始位移“0和初始速度, 詳見第14.5.3節(jié)。在執(zhí)行求解命令之前，可將當(dāng)前模型進(jìn)行備份，以便以后可恢復(fù)模型。執(zhí)行求解命令：/SOLUSOLVE或者采用GUI方式提交求解：Main Menu>Solution>Solve>Current LS/From LS Files 后者用于求解多載荷步。瞬態(tài)動力學(xué)分析結(jié)果數(shù)據(jù)與靜力分析基本相同，不同的是：所有數(shù)據(jù)都是時間的函數(shù)，且包含速度和加速度解?？梢杂闷胀ê筇幚砥鱌OST1和時間歷程后處理器POST26進(jìn)行后處理，查看結(jié)果。POST1用于對整個模 型在某一時刻的結(jié)果進(jìn)行檢查：POST26用于跟蹤整個載荷作用時間歷程上的特定結(jié)果。14.4有預(yù)應(yīng)力的瞬態(tài)動力學(xué)分析不同于有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，有預(yù)應(yīng)力的瞬態(tài)動力學(xué)分析采用多載荷步完成。第一個載荷步 采用準(zhǔn)靜態(tài)分析，用于施加預(yù)應(yīng)力，后續(xù)載荷步進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析。需