07 热-结构耦合分析算例 (ANSYS).doc

07 热－结构耦合分析算例 (ANSYS) 在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力ANSYS提供了很方便的热分析－结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能1) 首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad 4 node 55 号热分析单元(2) 进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props->Material Models，添加热传导速率参数Thermal->Conductivity->Isotropic，设定热传导速率为0.07添加力学属性Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2添加热膨胀系数Structural->Thermal Expansion->Secant Coefficient->Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。

1) 开始建立模型还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型首先建立关键点在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，输入以下关键点信息关键点编号X坐标Y坐标Z坐标10002500305048005080(2) 下面开始建立弧线在ANSYS主菜单Preprocessor-> Modeling-> Create-> Lines-> Arcs-> By End KPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧接着点选关键点4和5，然后点选中心点，输入半径8生成第二个圆弧(3) 在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Straight Line，连接关键点2，4和3，5组成圆环轮廓(4) 在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Arbitrary->By Lines，点选圆环周边轮廓线，生成圆环面5) 下面划分网格，由于本模型只有一种单元一种材料，所以不必复杂的设置属性。

进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Size Cntrls->ManualSize->Global->Size，在Global Element Size窗口中设置单元尺寸为0.5在ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas，点选圆环进行网格划分(6) 下面首先进入热分析，进入ANSYS主菜单Solution->Analysis Type->New Analysis，设置分析类型为稳态分析Steady-state(7) 输入热边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Thermal-> Temperature-> On Lines，在直线1上加上1000度的温度荷载，如图所示，在直线2上加上20度的温度荷载8) 进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，计算当前结构的温度场分布9) 进入ANSYS主菜单General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu，绘制节点的温度荷载分布如图所示。

10) 下面开始根据上面的热分析结果进行结构应力分析进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Element Type-> Switch Elem Type，选择单元转换方式为从热分析向结构分析转换Thermal to Struc(11) 输入位移边界条件，进入ANSYS主菜单Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Lines，在直线3上约束Y方向自由度，在直线4上约束X方向自由度12) 最后将前面热分析的温度应力分布读入当前的分析工况，进入ANSYS主菜单Solution->Define Loads->Apply->Structural->Temperature->From Therm Analy，从前面的热分析结果(Jobname.rth)文件中读取热分析结果，如果设定的分析项目名称为case07的话，则热分析结果的文件名为case07.rth，如图所示13) 进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，计算当前结构的温度应力14) 进入ANSYS主菜单General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu，绘制结构的主拉应力（1st principal stress）分布如图所示/PREP7 !* ET,1,PLANE55!*MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,1,,0.07MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,ALPX,1,,1e-5 MPDATA,EX,1,,30e9 MPDATA,PRXY,1,,.2 !*k,1,k,2,5, k,3,0,5 k,4,8, k,0,6 k,5,0,8 larc,2,3,1,5larc,4,5,1,8l,2,4 l,3,5 al,1,2,3,4 esize,0.5 amesh,all !!!!!!!!!!!!! FINISH /SOL!* ANTYPE,0DL,1, ,TEMP,1000,0 DL,2, ,TEMP,20,0 solve !!!!!!!!!!!!FINISH /POST1 !* /EFACET,1 PLNSOL, TEMP,, 0FINISH /PREP7 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! Switch from thermal to structureETCHG,TTS FINISH /SOLDL,4, ,UX, DL,3, ,UY, LDREAD,TEMP,1,1, , ,'Case07','rth',' ' solve FINISH /POST1 PLNSOL, S,1, 0,1.0 。