ANSYS瞬態(tài)熱分析教程和實例

ANSYS瞬態(tài)熱分析教程和實例匯報人：AA2024-01-19目錄CONTENTS瞬態(tài)熱分析概述ANSYS瞬態(tài)熱分析基礎(chǔ)ANSYS瞬態(tài)熱分析建模加載與求解結(jié)果后處理與可視化實例分析：電子設(shè)備散熱問題總結(jié)與展望01瞬態(tài)熱分析概述瞬態(tài)熱分析研究物體在隨時間變化的熱載荷作用下的溫度場和熱應(yīng)力場的變化規(guī)律。與穩(wěn)態(tài)熱分析的區(qū)別瞬態(tài)熱分析考慮時間因素對溫度場的影響，而穩(wěn)態(tài)熱分析則不考慮時間因素。瞬態(tài)熱分析定義電子設(shè)備散熱設(shè)計航空航天領(lǐng)域汽車工業(yè)瞬態(tài)熱分析應(yīng)用領(lǐng)域用于預(yù)測電子設(shè)備在瞬態(tài)熱載荷下的溫度分布和熱應(yīng)力，指導(dǎo)散熱設(shè)計。用于分析飛行器在高速飛行過程中的瞬態(tài)熱響應(yīng)，確保飛行安全。用于研究發(fā)動機、剎車系統(tǒng)等部件在瞬態(tài)熱載荷下的性能表現(xiàn)。01020304強大的求解器豐富的材料庫多物理場耦合分析先進的網(wǎng)格技術(shù)ANSYS在瞬態(tài)熱分析中的優(yōu)勢ANSYS提供高效的求解器，能夠處理復(fù)雜的瞬態(tài)熱分析問題。ANSYS內(nèi)置豐富的材料庫，支持用戶自定義材料屬性，提高模擬的準確性。ANSYS提供先進的網(wǎng)格技術(shù)，能夠生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，提高計算精度和效率。ANSYS支持多物理場耦合分析，能夠考慮熱、力、電等多物理場之間的相互作用。02ANSYS瞬態(tài)熱分析基礎(chǔ)描述物體內(nèi)部溫度分布與熱流密度、熱物性參數(shù)及時間關(guān)系的偏微分方程。熱傳導(dǎo)方程確定物體邊界上的溫度或熱流密度分布，是求解熱傳導(dǎo)方程的必要條件。邊界條件給出物體在初始時刻的溫度分布，是瞬態(tài)熱分析的基礎(chǔ)。初始條件熱傳導(dǎo)方程及邊界條件1234有限元法單元剛度矩陣與總體剛度矩陣網(wǎng)格劃分時間積分方案有限元法在瞬態(tài)熱分析中的應(yīng)用將連續(xù)的物理問題離散化，通過求解有限個離散點的數(shù)值解來逼近原問題的解析解。將求解域劃分為有限個互不重疊的子域，每個子域內(nèi)的溫度分布用形函數(shù)近似表示。根據(jù)能量原理或加權(quán)余量法建立單元剛度矩陣，并組裝成總體剛度矩陣。采用合適的時間積分方案，如向后差分法、Newmark法等，對時間域進行離散化處理。建立模型網(wǎng)格劃分加載求解后處理ANSYS瞬態(tài)熱分析求解流程對模型進行網(wǎng)格劃分，選擇合適的單元類型和網(wǎng)格密度。在ANSYS中建立幾何模型，定義材料屬性、邊界條件和初始條件等。查看溫度場、熱流密度、熱梯度等結(jié)果，進行數(shù)據(jù)處理和可視化展示。施加瞬態(tài)熱載荷，設(shè)置求解時間和時間步長，進行瞬態(tài)熱分析求解。03ANSYS瞬態(tài)熱分析建模確定幾何尺寸和形狀根據(jù)實際問題需求，確定模型的幾何尺寸和形狀，包括長度、寬度、高度、角度等。建立坐標(biāo)系為模型建立合適的坐標(biāo)系，以便后續(xù)定義材料屬性、施加載荷和邊界條件等。選擇合適的建模方式在ANSYS中，可以通過直接建模、導(dǎo)入外部CAD模型或使用參數(shù)化建模等方式建立幾何模型。建立幾何模型03定義材料方向?qū)τ诟飨虍愋圆牧?，需要定義材料的方向，以便正確計算熱傳導(dǎo)過程。01選擇材料模型根據(jù)實際問題需求，選擇合適的材料模型，如各向同性、各向異性、非線性等。02輸入材料參數(shù)輸入材料的熱物性參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等。這些參數(shù)可以通過實驗測量或查閱相關(guān)文獻獲得。定義材料屬性選擇網(wǎng)格類型01根據(jù)模型的特點和計算精度要求，選擇合適的網(wǎng)格類型，如結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格等。定義網(wǎng)格尺寸02根據(jù)模型的幾何尺寸和計算精度要求，定義合適的網(wǎng)格尺寸。較小的網(wǎng)格尺寸可以提高計算精度，但會增加計算時間和資源消耗。劃分網(wǎng)格03使用ANSYS的網(wǎng)格劃分工具對模型進行網(wǎng)格劃分。在劃分過程中，可以檢查網(wǎng)格質(zhì)量并進行必要的調(diào)整，以確保計算結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性。劃分網(wǎng)格04加載與求解在進行瞬態(tài)熱分析前，需要定義材料的熱物理屬性，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等。這些屬性可以在ANSYS的材料庫中選擇或自定義輸入。在分析開始時，需要為模型施加一個初始溫度場?？梢酝ㄟ^定義全局初始溫度或局部初始溫度來實現(xiàn)。施加初始條件施加初始溫度定義材料屬性熱流密度在模型的邊界上施加熱流密度，表示單位面積上的熱量流入或流出?？梢酝ㄟ^定義恒定的熱流密度或隨時間變化的熱流密度來實現(xiàn)。溫度邊界條件在模型的邊界上施加溫度邊界條件，表示該處的溫度值?？梢酝ㄟ^定義恒定的溫度值或隨時間變化的溫度值來實現(xiàn)。對流邊界條件在模型的邊界上施加對流邊界條件，表示流體與固體之間的熱量交換。需要定義流體的溫度、對流系數(shù)以及固體表面的形狀和大小。施加邊界條件123求解器設(shè)置時間步長收斂準則設(shè)置求解參數(shù)在進行瞬態(tài)熱分析時，需要設(shè)置合適的時間步長。時間步長的大小會影響計算的精度和效率，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。ANSYS提供了多種求解器供用戶選擇，如直接求解器、迭代求解器等。需要根據(jù)問題的特點和計算機的性能選擇合適的求解器。在求解過程中，需要設(shè)置合適的收斂準則來判斷計算是否達到預(yù)定的精度要求。收斂準則的設(shè)置會影響計算的精度和效率，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。05結(jié)果后處理與可視化溫度云圖通過ANSYS的后處理功能，可以生成溫度云圖，直觀地展示模型各部分的溫度分布情況。等溫線在溫度云圖的基礎(chǔ)上，可以繪制等溫線，進一步分析溫度梯度及變化趨勢。溫度數(shù)據(jù)提取可以提取指定節(jié)點或單元的溫度數(shù)據(jù)，進行詳細的數(shù)值分析。查看溫度場分布熱流矢量圖通過繪制熱流矢量圖，可以清晰地展示熱流的方向和大小，有助于分析熱量的傳遞路徑。熱流密度云圖生成熱流密度云圖，可以直觀地了解模型各部分的熱流密度分布情況。熱流數(shù)據(jù)提取可以提取指定節(jié)點或單元的熱流數(shù)據(jù)，進行詳細的數(shù)值分析。查看熱流密度分布動畫輸出將計算結(jié)果以動畫形式輸出，可以直觀地展示溫度場、熱流密度等參數(shù)隨時間的變化過程。動畫編輯與渲染可以使用專業(yè)的動畫編輯軟件對生成的動畫進行進一步的處理和渲染，提高動畫的視覺效果和表現(xiàn)力。動畫設(shè)置在ANSYS的后處理中，可以設(shè)置動畫參數(shù)，如時間步長、幀數(shù)等，以生成流暢的動畫效果。生成動畫演示結(jié)果變化過程06實例分析：電子設(shè)備散熱問題問題描述建模過程問題描述與建模過程首先，使用ANSYS軟件建立電子設(shè)備的三維模型，包括設(shè)備的外殼、內(nèi)部電路板、散熱器等部分。然后，根據(jù)設(shè)備的實際尺寸和材料屬性，設(shè)置模型的幾何參數(shù)、材料屬性和邊界條件。最后，選擇合適的網(wǎng)格類型和大小，對模型進行網(wǎng)格劃分。電子設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生熱量，如果熱量不能及時散發(fā)出去，就會導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，影響其性能和壽命。因此，需要對電子設(shè)備進行瞬態(tài)熱分析，以確定其在不同時間點的溫度分布和散熱效果。在ANSYS軟件中，可以通過定義熱源的方式來模擬電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量。根據(jù)設(shè)備的實際功率和散熱情況，設(shè)置熱源的大小和位置。同時，還需要設(shè)置環(huán)境溫度和散熱器的散熱效果等參數(shù)。加載過程在完成模型的加載后，可以使用ANSYS軟件的求解器進行瞬態(tài)熱分析。根據(jù)實際需要，可以選擇合適的求解方法和時間步長，以獲得準確的溫度分布和散熱效果。在求解過程中，可以通過監(jiān)視器實時查看求解進度和結(jié)果。求解過程加載與求解過程結(jié)果分析通過ANSYS軟件的后處理功能，可以對瞬態(tài)熱分析的結(jié)果進行詳細的分析?？梢圆榭丛O(shè)備在不同時間點的溫度分布、熱點位置和散熱效果等。同時，還可以將結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比，以驗證分析的準確性。優(yōu)化建議根據(jù)分析結(jié)果，可以提出針對性的優(yōu)化建議。例如，可以通過改進設(shè)備的散熱結(jié)構(gòu)、增加散熱器的面積或提高散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等方式來提高設(shè)備的散熱效果。同時，還可以通過優(yōu)化設(shè)備的電路設(shè)計、降低功耗等方式來減少熱量的產(chǎn)生。結(jié)果分析與優(yōu)化建議07總結(jié)與展望本次教程內(nèi)容回顧ANSYS瞬態(tài)熱分析基本原理介紹了瞬態(tài)熱分析的基本概念、原理和求解方法，包括熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射等。建模與網(wǎng)格劃分詳細闡述了在ANSYS中進行瞬態(tài)熱分析時的建模步驟和網(wǎng)格劃分技巧，包括幾何建模、材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格類型選擇等。邊界條件與載荷施加介紹了如何根據(jù)實際情況在模型上施加合適的邊界條件和載荷，如溫度、熱流密度、對流換熱系數(shù)等。求解與后處理講解了如何進行求解設(shè)置、求解過程監(jiān)控以及后處理操作，包括結(jié)果查看、數(shù)據(jù)提取和動畫生成等。01020304多物理場耦合分析高性能計算技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜邊界條件處理材料非線性行為模擬瞬態(tài)熱分析發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)隨著工程問題的復(fù)雜化，瞬態(tài)熱分析將更多地與其他物理場（如結(jié)構(gòu)力學(xué)、電磁場等）進行耦合分析，以更準確地模擬實際