ansys workbench 熱分析講義精品課件

1、第六章熱分析,概念,本章練習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬，包括： 幾何模型 組件-實體接觸 熱載荷 求解選項 結(jié)果和后處理 作業(yè) 6.1 本節(jié)描述的應(yīng)用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了 ANSYS Structural 提示：在 ANSYS 熱分析 的培訓(xùn)中包含了包括熱瞬態(tài)分析的高級分析,穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ),對于一個穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬，溫度矩陣T通過下面的矩陣方程解得： 假設(shè)： 在穩(wěn)態(tài)分析中不考慮瞬態(tài)影響 K 可以是一個常量或是溫度的函數(shù) Q可以是一個常量或是溫度的函數(shù),穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ),上述方程基于傅里葉定律： 固體內(nèi)部的熱流（Fouriers Law） 是 K的基

2、礎(chǔ)； 熱通量、熱流率、以及對流 在Q 為邊界條件； 對流被處理成邊界條件，雖然對流換熱系數(shù)可能與溫度相關(guān) 在模擬時，記住這些假設(shè)對熱分析是很重要的。,A. 幾何模型,熱分析里所有實體類都被約束： 體、面、線 線實體的截面和軸向在 DesignModeler中定義 熱分析里不可以使用點質(zhì)量（Point Mass）的特性 殼體和線體假設(shè)： 殼體：沒有厚度方向上的溫度梯度 線體：沒有厚度變化，假設(shè)在截面上是一個常量溫度 但在線實體的軸向仍有溫度變化, 材料特性,Thermal Conductivity 在Engineering Data 中輸入 溫度相關(guān)的導(dǎo)熱性以表格形式輸入,若存在任何的溫度相關(guān)的

3、材料特性，就將導(dǎo)致非線性求解。,唯一需要的材料特性是導(dǎo)熱性（Thermal Conductivity）,B. 組件-實體接觸,對于結(jié)構(gòu)分析，接觸域是自動生成的，用于激活各部件間的熱傳導(dǎo), 組件-接觸區(qū)域,如果部件間初始就已經(jīng)接觸，那么就會出現(xiàn)熱傳導(dǎo)。 如果部件間初始就沒有接觸，那么就不會發(fā)生熱傳導(dǎo)（見下面對pinball的解釋）。 總結(jié)： Pinball區(qū)域決定了什么時候發(fā)生接觸，并且是自動定義的，同時還給了一個相對較小的值來適應(yīng)模型里的小間距。, 組件-接觸區(qū)域,如果接觸是Bonded（綁定的）或no separation（無分離的），那么當(dāng)面出現(xiàn)在pinball radius內(nèi)時就會發(fā)生熱

4、傳導(dǎo)（綠色實線表示）。,Pinball Radius,右圖中，兩部件間的間距大于pinball區(qū)域，因此在這兩個部件間會發(fā)生熱傳導(dǎo)。, 組件-導(dǎo)熱率,默認情況下，假設(shè)部件間是完美的熱接觸傳導(dǎo)， 意味著界面上不會發(fā)生溫度降 實際情況下，有些條件削弱了完美的熱接觸傳導(dǎo)： 表面光滑度 表面粗糙度 氧化物 包埋液 接觸壓力 表面溫度 使用導(dǎo)電脂 . . . . 接著, 組件-導(dǎo)熱率,穿過接觸界面的熱流速，由接觸熱通量q決定： 式中Tcontact 是一個接觸節(jié)點上的溫度， Ttarget 是對應(yīng)目標(biāo)節(jié)點上的溫度 默認情況下，基于模型中定義的最大材料導(dǎo)熱性KXX和整個幾何邊界框的對角線ASMDIAG，

5、TCC 被賦以一個相對較大的值。 這實質(zhì)上為部件間提供了一個完美接觸傳導(dǎo), 組件-導(dǎo)熱率,在ANSYS Professional 或更高版本，用戶可以為純罰函數(shù)和增廣拉格朗日方程定義一個有限熱接觸傳導(dǎo)（TCC）。 在細節(jié)窗口，為每個接觸域指定TCC輸入值 如果已知接觸熱阻，那么它的相反數(shù)除以接觸面積就可得到TCC值,在接觸界面上，可以像接觸熱阻一樣輸入接觸熱傳導(dǎo), 組件-點焊,Spotweld（點焊）提供了離散的熱傳導(dǎo)點： Spotweld在CAD軟件中進行定義（目前只有DesignModeler和Unigraphics可用） 。,T1,T2,C. 熱載荷,熱流量： 熱流速可以施加在點、邊或面

6、上。它分布在多個選擇域上。 它的單位是能量比上時間（ energy/time） 完全絕熱（熱流量為0）： 可以刪除原來面上施加的邊界條件 熱通量： 熱通量只能施加在面上（二維情況時只能施加在邊上） 它的單位是能量比上時間在除以面積（ energy/time/area） 熱生成： 內(nèi)部熱生成只能施加在實體上 它的單位是能量比上時間在除以體積（energy/time/volume） 正的熱載荷會增加系統(tǒng)的能量。, 熱邊界條件,溫度、對流、輻射： 至少應(yīng)存在一種類型的熱邊界條件，否則，如果熱量將源源不斷地輸入到系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)時的溫度將會達到無窮大。 另外，給定的溫度或?qū)α鬏d荷不能施加到已施加了某種熱載

7、荷或熱邊界條件的表面上。 完全絕熱條件將忽略其它的熱邊界條件 給定溫度： 給點、邊、面或體上指定一個溫度 溫度是需要求解的自由度,熱邊界條件,對流： 只能施加在面上（二維分析時只能施加在邊上） 對流q 由導(dǎo)熱膜系數(shù) h，面積 A，以及表面溫度Tsurface與環(huán)境溫度Tambient的差值來定義。 “h” 和 “Tambient” 是用戶指定的值 導(dǎo)熱膜系數(shù) h 可以是常量或是溫度的函數(shù),熱邊界條件,與溫度相關(guān)的對流： 為系數(shù)類型選擇Tabular (Temperature) 輸入對流換熱系數(shù)-溫度表格數(shù)據(jù) 在細節(jié)窗口中，為h(T)指定溫度的處理方式,熱邊界條件,幾種常見的對流系數(shù)可以從一個樣

8、本文件中導(dǎo)入。新的對流系數(shù)可以保存在文件中。,熱邊界條件,輻射: 施加在面上 （二維分析施加在邊上） 式中： =斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù) = 放射率 A = 輻射面面積 F = 形狀系數(shù) （默認是1） 只針對環(huán)境輻射，不存在于面面之間（形狀系數(shù)假設(shè)為1） 斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù)自動以工作單位制系統(tǒng)確定,D. 求解選項,從Workbench toolbox插入Steady-State Thermal將在project schematic里建立一個 SS Thermal system （SS熱分析） 在Mechanical 里，可以使用Analysis Settings 為熱分析設(shè)置求解選項。 注意，第

9、四章的靜態(tài)分析中的Analysis Data Management選項在這里也可以使用。, 求解模型,為了實現(xiàn)熱應(yīng)力求解，需要在求解時把結(jié)構(gòu)分析關(guān)聯(lián)到熱模型上。 在Static Structural中插入了一個imported load分支，并同時導(dǎo)入了施加的結(jié)構(gòu)載荷和約束。 求解結(jié)構(gòu),E. 結(jié)果和后處理,后處理可以處理各種結(jié)果： 溫度 熱通量 反作用的熱流速 用戶自定義結(jié)果 模擬時，結(jié)果通常是在求解前指定，但也可以在求解結(jié)束后指定。 搜索模型求解結(jié)果不需要在進行一次模型的求解。, 溫度,溫度： 溫度是標(biāo)量，沒有方向, 熱通量,可以得到熱通量的等高線或矢量圖： 熱通量 q 定義為 可以指定Total Heat Flux（整體熱通量）和 Directional Heat Flux（方向熱通量） 激活矢量顯示模式顯示熱通量的大小和方向, 響應(yīng)熱流速