Ansys-第33例瞬态热分析实例一水箱.docx

第33例 瞬态热分析实例——水箱本例简介了运用AＮSYS进行瞬态热分析的措施和环节、瞬态热分析时材料模型所涉及的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加措施33.１概述 　 热分析是计算热应力的基本，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析,稳态热分析将在背面两个例子中简介,本例简介瞬态热分析33．1.1 瞬态热分析的定义瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其她热参数一般用瞬态热分析计算温度场,并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算33．1.2　 嚼态热分析的环节瞬态热分析涉及建模、施加载荷和求解、查当作果等几种环节1．建模瞬态热分析的建模过程与其她分析相似，涉及定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热２.施加载荷和求解(1)指定分析类型，Ｍain Menu→Solution→Analysｉｓ Ｔｙpe→Ｎew Ａnalysｉs，选择 Tｒａnｓiｅnt２)获得瞬态热分析的初始条件定义均匀的初始温度场:Main　Ｍenu→Ｓolｕtion→Ｄefｉne Loads→Ｓettinｇｓ→Uniｆorｍ Ｔｅmp，初始温度仅对第一种子步有效，而用Main Menu→Solutｉｏn→Define　Lｏads→Aｐplｙ→Tｈermａl→Ｔeｍｐeｒature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意两者的区别。

定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的,可以用Main Ｍeｎu→Solｕtｉoｎ→Ｄefine　Ｌｏａds→Aｐply→Initiａl　Condit'n→Ｄefｉｎe即ＩC命令施加非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析拟定该温度场该稳态分析与一般的稳态分析相似注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等),将时间积分关闭，选择Mａiｎ　Menu→Ｓoluｔiｏn→Loａd Step Opts→Timｅ/Frequenｃ→Time Integratioｎ→Amplitude Decａy;设定只有一种子步,时间很短（如(０.01s)的载荷步， 　Main Ｍeｎu→Soluｔion→Load Step　Oｐｔs→Time/Frｅqｕeｎｃ→Time→Ｔiｍe Sｔｅp３）设立载荷步选项一般选项涉及每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等,选择Maｉｎ　Meｎｕ→Solutｉon→Load Steｐ Ｏｐｔs→Ｔiｍe/Fｒequenc→Time－Time　Step.非线性选项涉及:迭代次数（默认２5)，选择Maiｎ　Menu→Ｓｏlution→Load Sｔep Ｏptｓ→Ｎonliｎear→Equｉliｂrium Ｉter;打开自动时间步长,选择Ｍain　Ｍenｕ→Sｏlutｉｏｎ→Load Sｔep Oｐts→Time/Ｆrequenc→Time→Ｔime Steｐ：将时间积分打开，选择Ｍａiｎ　Menｕ→Sｏlution→Load　Sｔeｐ Opts→Timｅ/Freｑｕenc→Ｔｉｍe Iｎtｅgratiｏn→Ampliｔｕｄe Decaｙ.输出选项涉及:控制打印的输出，选择Main　Meｎｕ→Solｕtion→Lｏａd Steｐ Opts→Outpｕｔ Cｔrls→Solｕ　Pｒintoｕt；　 成果文献的输出， 选择Maｉｎ Menｕ→Soluｔioｎ→Lｏａd Step　Oｐts→Outpuｔ Ctrlｓ→DB/Resulｔs Fｉle.(４）如果均匀的初始温度场是通过稳态分析施加的,则须删除稳态分析时施加的温度载荷， 选择　Main Menu→Solｕtｉon→Ｄefinｅ　Loaｄs→Ｄelｅte→Tｈeｒmａl→Teｍperａturｅ。

５)求解 　 ３．查当作果 可以用POＳT26或POSＴ１查当作果３3.2问题描述图33-１所示为一种温度为500℃的铁块和一种温度为400℃的铜块,忽然放入温度为2０℃的完全绝热的水箱中忽视水的流动,试分析1h后铜块和铁块的最高温度，以及铜块和铁块的温度变化状况材料热物理性能参数如表33-1所示图33－1　 水箱示意图表３3-1 材料热物理性能参数热性能参数铜铁水导热系数／W(m.℃）38３７02密度/kg／m3888９7８33９66比热/Ｊ/（ｋｇ．　℃)39０４48４185３3.3分析环节33.3.1变化任务名拾取菜单Utｉliｔｙ　Menu→File→Chanｇｅ Jｏｂname，在所弹出对话框的“[／FILNAM]”文本框中输入ＥXAMPLE33，单击“OK”按钮图３３-２ 变化任务名对话框33.3.2选择单元类型拾取菜单Main　Mｅｎu→Ｐrｅpｒoｃｅｓｓoｒ→Elemｅnt　Type→Ａdd/Edit/Ｄeletｅ,弹出如图３3-3所示的对话框,单击“Ａｄd…”按钮，弹出如图33-4所示的对话框,在左侧列表中选“Therｍａl Sｏｌｉｄ”,在右侧列表中选“8noｄe　77”,单击“OK”按钮，返回到如图33-3所示的对话框,单击“Closｅ”按钮关闭对话框。

图３３－3 单元类型对话框图３3-4 单元类型库对话框3３.3.3定义村料模型拾取菜单Ｍaｉn　Ｍenｕ→Preproｃessor→Ｍaｔeriaｌ Ｐroｐs→Material Models，弹出如图33－５所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Ｔhermａl”、“Coｎduｃｔivｉty”、“Ｉｓotｒopｉｃ”,弹出如图３３-6所示的对话框，在“KXX”文本框中输入38３(导热系数），单击“OK”按钮;再次拾取如图33-5所示对话框中右侧列表的“Ｓｐｅcｉfic Heat”项,弹出如图33-７所示的对话框,在“Ｃ”文本框中输入3９0（比热),单击“ＯK”按钮；再次拾取如图33-５所示对话框中右侧列表的“Densｉty”项,弹出如图３3-８所示的对话框，在“ＤＥNＳ”文本框中输入８８89(密度）,单击“OＫ”按钮，于是定义好了材料模型1(铜)单击如图３３-5所示对话框的菜单项Mａtｅrｉaｌ-－Ｎew Ｍodeｌ，单击弹出的“Ｄｅfine　Ｍａterial ＴD”对话框中的“OK”按钮,然后反复定义材料模型1时的各环节,定义材料模型2(铁）的导热系数为７0，比热为44８,密度为7８33。

反复定义材料模型2时的各环节，定义材料模型3(水)的导热系数为2，比热为４１８5，密度为９９6最后关闭如图３3-5所示的对话框略图33-5　 材料模型对话框图３3-6 　定义导热系数对话框图33-7 定义比热对话框33.3.4创立矩形面，模拟铜块、铁块和水箱拾取菜单　　 Maiｎ Mｅnu→Prｅｐrocessoｒ→ Modeling→Ｃｒeaｔｅ→ Areａs→Reｃtanｇle→By Dimenｓion,弹出如图３3-9所示的对话框,在“X１,Ｘ2”文本框中分别输入0,0.6，在“Y1，Y２”文本框中分别输入0，0.５,单击“Ａpplｙ”按钮，再次弹出如图3３-9所示的对话框，在“Ｘl， Ｘ2”文本框中分别输入0.１5,　0.２２5, 　在“Y1, Y2”文本框中分别输入 (0．2２5，0.27),单击“Aｐplｙ”按钮，再次弹出如图33-9所示的对话框,在“Ｘl,Ｘ2”文本框中分别输入０.342,0.42），在“Y1，Y2”文本框中分别输入0．225,0．27，单击“OK”按钮33.３．5显示面号拾取菜单Utiliｔy Menu→PlotCtｒls→Ｎｕmｂerinｇ，在弹出的＂Ｐｌot Nｕｍbeｒing Conｔrols "对话框中,将Areａ numｂeｒs（面号）打开，单击“ＯK”按钮。

图33-8 　定义密度对话框图３3-９ 创立矩形对话框33.3．6交叠面拾取菜单 Maiｎ　Meｎu→Pｒeｐrｏcessoｒ→Modeling→Oｐｅratｅ→Ｂoｏleaｎs→Oveｒlap→Arｅａs，弹出拾取窗口,单击“Pick　Ａll”按钮３3.3.７划分单元拾取菜单Maｉn　Mｅnｕ→Prepｒocessｏr→Meshing→MeｓhTool，弹出如图３３-10所示的对话框选择“Element Aｔｔｒibutes”的下拉列表框为“Ａreas”，单击下拉列表框背面的“Sｅt”按钮,弹出拾取窗口,选择面2，单击拾取窗口中的“OＫ”按钮,弹出．”Ａreａs Ａttributes"对话框,选择“ＭAT”下拉列表框为1,单击“Apｐly”按钮，再次弹出拾取窗口，选择面３，单击拾取窗口中的“OK”按钮,选择“Areas　Atｔributes”对话框的“MAＴ”下拉列表框为2，单击“Apply”按钮,再次窗口，择面4,单击拾取窗口中的“ＯK”按钮，选择“Areas Attｒiｂuｔｅｓ”对话框的“ＭAT”下拉列表框为3，单击＂ＯＫ＂按钮单击“Sizｅ Conｔrｏls”区域中“Ｇlobａl”背面的“Ｓet”按钮,弹出如图33-11所示的对话框，在“ＳIZE”文本中输入0．０1,单击“OＫ”按钮;在如图33-１０所示对话框的＂Mesh＂区域,选择单元形状为“Quａd”（四边形），选择划分单元的措施为“Ｍapped”（映射),单击“Ｍeｓh”按钮，弹出拾取窗口,拾取面2和面３,单击“ＯK”按钮。

图3３-1０ 　划分单元工具对话框图33-11 单元尺寸对话框单击“Ｓｉｚe Cｏｎtrｏｌs”区域中“Ｇｌobaｌ”背面的“Sｅt”按钮,弹出如图33-１1所示的对话框,在" SIＺE"文本框中输入０．０3,单击“OK”按钮;在如图3３-１0所示对话框的“Mesh”区域，选择单元形状为"Quad "（四边形), 选择划分单元的措施为“Fｒee”（自由),单击“Ｍesｈ”按钮，弹出拾取窗口,拾取面4,单击“ＯＫ”按钮,关闭如图33－10所示的对话框33.3．8指定分析类型拾取菜单Maiｎ Menu→Soｌution→Ａnalyｓｉs Ｔypｅ→Ｎｅｗ　Aｎalｙsis，在弹出的对话框中选择“Ｔype ｏf　Analyｓiｓ”为“Tｒansiｅnt”,单击“OK”按钮,在随后弹出的“Tｒansｉｅｎt Ａｎalｙsiｓ”对话框中，单击“OK”按钮如下环节进行稳态分析,以得到初始温度场33.3.9设立时间积分为关闭，进行稳态分析,以得到瞬态分析的初始温度场拾取菜单 Main Meｎu→Solｕtion→Load Step Opts→Time/Fｒeｑuenｃ→Timｅ Inｔegraｔｉon→Aｍplitｕｄe Deｃａｙ,弹出如图33-１2所示的对话框,将“TIＭINT”关闭，单击“OK”按钮。

图33-12 时间积分控制对话框.33.3.10拟定稳态分析的载荷步时间和吋间步长拾取菜单Mａin Ｍeｎu→Ｓｏlutiｏｎ→Load Sｔep　Opts→Time/Freｑuｅnc→Ｔｉme→Tｉmｅ　Steｐ,弹出如图33-13所示的对话框,在“ＴIＭＥ”文本框中输入0.01,在“DELTＩＭ　Tｉｍｅ steｐ　size”文本框中输入0.01,单击“OＫ”按钮图33-13 拟定载荷步时间和时间步长对话框3３.３.11施加温度载荷拾取菜单Main　Ｍenu→Ｓolution→Define Ｌoads→Appｌy→Theｒmaｌ→Teｍperatｕrｅ→On　Areａs,弹出拾取窗口,拾取面2，单击“ＯK”按钮，弹出如图３3－14所示的对话框,在“Lab２”列表中选择“TEMP”,在“。