ANSYS非穩(wěn)態(tài)熱分析及實例詳解

1、ANSYS流體及熱場分析第7章非穩(wěn)態(tài)熱分析及實例詳解非穩(wěn)態(tài)熱分析單兀、本章向讀者介紹非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本知識，主要包括非穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用、 非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本步驟。本章要點=非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念 非穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用 非穩(wěn)態(tài)熱分析單元分析的基本步驟L本章案例鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析不同材料金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析高溫銅導(dǎo)線冷卻過程分析iANSYS流體及熱場分析7.1非穩(wěn)態(tài)熱分析概述物體的溫度隨時間而變化的導(dǎo)熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。根據(jù)物體溫度隨著時間的推移而變化的特性可以區(qū)分為兩類非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體的溫度隨時間的推移逐漸趨于恒定的值以及物體的溫度隨時 間而作周期性的變化。 無論在自然界還是工程

2、實際問題中，絕大多數(shù)傳熱過程都是非穩(wěn)態(tài)的。許多工程實際問題需要確定物體內(nèi)部的溫度場隨時間的變化，或確定其內(nèi)部溫度達到某一限定值所需要的時間。例如：在機器啟動、停機及變動工況時，急劇的溫度變化會使部件因熱應(yīng)力而破壞，因此 需要確定物體內(nèi)部的瞬時溫度場；鋼制工件的熱處理是一個典型的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，掌握工件中溫度變化的速率是控制工件熱處理質(zhì)量的重要因素。再例如，金屬在加熱爐內(nèi)加熱時，需要確定它在加熱爐內(nèi)停留的時間，以保證達到規(guī)定的中心溫度。 可見，非穩(wěn)態(tài)熱分析是有相當(dāng)大的應(yīng)用價值的。 ANSYS 11.0及其相關(guān)的下屬產(chǎn)品均支持非穩(wěn)態(tài)的熱分析。非穩(wěn)態(tài)熱分析確定了溫度以及其它隨時 間變化的熱參數(shù)。7.

3、1.1非穩(wěn)態(tài)熱分析特性瞬態(tài)熱分析用于計算一個系統(tǒng)的隨時間變化的溫度場及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應(yīng)力分析。瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似。主要的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷是隨時間變化 的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷-時間曲線分為載荷步。對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越。7.1.2非穩(wěn)態(tài)熱分析的控制方程熱儲存項的計入將穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)系統(tǒng)，計入熱儲存項的控制方程的矩陣形式如下：IC 汀廠K其中，C U為熱儲存項。在非穩(wěn)態(tài)分析時，載荷是和時間有關(guān)的函數(shù)，因此控制方程可表示如下：I. C 1汁K 汁

4、 4（Q t /若分析為分線性，則各參數(shù)除了和時間有關(guān)外，還和溫度有關(guān)。非線性的控制方程可表示如 下：C TT UQT,t17.1.3時間積分與時間步長1、時間積分從求解方法上來看， 穩(wěn)態(tài)分析和非穩(wěn)態(tài)分析之間的差別就是時間積分。利用ANSYS 11.0分析問題時，只要在后續(xù)載荷步中將時間積分效果打開，穩(wěn)態(tài)分析即轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)分析；同樣，只要在后續(xù)載荷步中將時間積分關(guān)閉，非穩(wěn)態(tài)分析也可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)分析。2、時間步長兩次求解之間的時間稱為時間步，一般來說，時間步越小，計算結(jié)果越精確。確定時間步長 的方法有兩種：（1 ）指定裕度較大的初始時間步長，然后使用自動時間步長增加時間步。(2) 大致估計初始時間

5、步長。在非穩(wěn)態(tài)熱分析中估計初始時間步長，可以使用Biot數(shù)和Fourier數(shù)。Biot數(shù)是不考慮尺寸的熱阻對流和傳導(dǎo)比例因子，其定義為：Bi =K式中：ex 名義單元寬度；h平均表面換熱系數(shù)；K 平均導(dǎo)熱系數(shù)。Fourier數(shù)是不考慮尺寸的時間(At/t)，其定義為：KAtF o2Pc( Ax)式中：?平均密度；c比熱容；如果Bi ：1，可將Fourier數(shù)設(shè)為常數(shù)并求解.譏來預(yù)測時間步長：式中：:- ：t'c（ ：x）2 二（咲）2丸a熱耗散。39hAt如果Bi . 1，時間步長可應(yīng)用 Fourier數(shù)和Biot數(shù)的乘積預(yù)測:Fo -Bi =求解=t得到:其中，0.1 _ 1 _0.

6、5時間步長的預(yù)測精度隨單元寬度的取值、平均的方法、比例因子一：的變化而變化。7.1.4數(shù)值求解過程當(dāng)前溫度矢量 訊假設(shè)為已知，可以是初始溫度或由前面的求解得到的。定義下一個時間點 的溫度矢量為：% 1(1-“ 半 t/ r t % /其中二稱為歐拉參數(shù)，默認為 1,下一個時間點的溫度為：C K 阮/Q由上面兩式可得：1 ck 1c t 1Tn?.八tt n 1 nf 1其中低Z+釘干icl 丄汀da陽 n i n ;歐拉參數(shù)二的數(shù)值在0.51之間。在這個范圍內(nèi)，時間積分算法是不明顯而且是不穩(wěn)定的。因 此，ANSYS 11.0總是忽略時間積分步的幅值來計算。但是，這樣的計算結(jié)果并不總是準確的。下

7、 面是選擇積分參數(shù)的一些建議：當(dāng)日=0.5時，時間積分方法采用"Crank-Nicolson ”技術(shù)。本設(shè)置對于絕大多數(shù)熱瞬態(tài)問題都 是精確有效的。當(dāng)二=1時，時間積分方法采用“ Backward Euler ”技術(shù)。這是缺省的和最穩(wěn)定的設(shè)置，因為它 消除了可能帶來嚴重非線性或高階單元的非正常振動。本技術(shù)一般需要相對 Crank-Nicolson較小的時間積分步得到精確的結(jié)果。7.2非穩(wěn)態(tài)熱分析單兀非穩(wěn)態(tài)熱分析和穩(wěn)態(tài)熱分析使用的分析單兀相同，具體請讀者參見本書第6章。7.3非穩(wěn)態(tài)熱分析基本步驟非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本步驟主要包括：建模、加載求解和后處理。下面分別對這三個基本步驟進行具體的闡

8、述。7.3.1建立有限元模型就這一步驟而言，并沒有穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)之分，可參照穩(wěn)態(tài)分析的建模方法進行。因此，在這 里不在贅述。7.3.2加載求解1、定義分析類型如果第一次進行分析或重新進行分析，操作步驟如下：Comma nd: ANTYPE,TRANSIENT,NEWGUI : Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient如果接著上次的分析繼續(xù)進行(例如增加其它載荷)，操作步驟如下：Comma nd: ANTYPE,TRANSIENT,RESTGUI : Main Menu>Solution>An

9、alysis Type>Restart2、獲得非穩(wěn)態(tài)熱分析的初始條件(1 )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，操作步驟如下：Comma nd: TUNIFGUI: Main Me nu>Solutio n>Loads>Setti ngs> Un iform Temp如果不在對話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認為參考溫度，參考溫度的值默認為零，但可通過如下方法設(shè)定參考溫度：Comma nd: TREFGUI: Mai n Men u>Solutio n>Loads>Setti ngs>Refere nee Temp注意

10、：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，設(shè)定節(jié)點溫度的操 作步驟如下：Comma nd: DGUI: Main Menu >Soluti on >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：Comma nd: DDELEGUI: Main Menu >Soluti on >Loads>Delete>Thermal>Temperature >On Nodes（2

11、）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，操作步驟如下：Comma nd: CGUI: Main Men u>Solutio n>Loads>Apply>l ni tial Co ndit' n>Defi ne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，步驟如下：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:Comma nd: TIMINT, OFFGUI: Main Menu >Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Freq

12、ue nc>Time In tegratio n設(shè)定一個只有一個子步的，時間很小的載荷步（例如0.001）：Comma nd: TIMEGUI: Main Menu >Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps寫入載荷步文件：Comma nd: LSWRITEGUI: Main Men u>Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解：Comma nd: SOLVEGUI: Main Men u>Solutio n>

13、; Solve>Curre nt LS3、設(shè)定載荷步選項（1 ）普通選項設(shè)置時間和時間步步，操作如下：Comma nd: TIMEGUI: Mai n Me nu>Solutio n>Load Step Opts>Time/Freque nc>Time-Time Step設(shè)置每個載荷步的載荷子步數(shù)，或時間增量Comma nd: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps（2）非線性選項設(shè)置迭代次數(shù)：（每個子

14、步默認的次數(shù)為25,這對大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠）Comma nd: NEQITGUI: Main Menu >Soluti on >Load step opts> Non li near>Equilibrium Iter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）Comma nd: AUTOTSGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps時間積分效果：（如果將此選項設(shè)定為OFF,將進行穩(wěn)態(tài)熱分析）Comma nd: TIM

15、INTGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time In tegrati on（3）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）Comma nd: OUTPRGUI: Main Men u>Solutio n>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Prin tout控制結(jié)果文件：（控制*.rth的內(nèi)容）Comma nd: OUTRESGUI: Main Me nu>Solutio n>Load Step

16、Opts>Output Ctrls>DB/Results File（4）存盤求解7.3.3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)果進行后處理；Comma nd: POST1GUI: Main Me nu>Ge neral 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)果進行后處理。Comma nd: POST26GUI: Main Me nu>TimeHist Postproc1、用POST1進行后處理進入POST1后，可以讀出某一時間點的結(jié)果：Comma nd: SETGUI:

17、Mai n Men u>Ge neral 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會進行線性插值。此外還可以讀出某一載荷步的結(jié)果：GUI: Main Me nu>Ge neral Postproc>Read Results>By Load Step打印列表然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對結(jié)果進行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、等后處理。2、用POST26進行后處理首先要定義變量：Comma nd: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Men u&g

18、t;TimeHist Postproc>Defi ne Variables然后就可以繪制這些變量隨時間變化的曲線：Comma nd: PLVARGUI: Mai n Men u>TimeHist Postproc>Graph Variables或列表輸出:Comma nd: PRVARGUI: Main Me nu>TimeHist Postproc>List Variables此外，POST26還提供許多其它功能，如對變量進行數(shù)學(xué)操作等，請參閱ANSYS Basic AnalysisProcedures Guide實例7 1:鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析一個直徑為12

19、cm,溫度為1000C的鋼制小球突然被放入了盛滿了水的、完全絕熱的橫截面直徑和高度均為60cm的圓柱體水槽內(nèi)（鋼球放在水槽的正中央） ，水的溫度為18C，材料參數(shù)表如 表7.1所示。試求10分鐘后鋼球與水的溫度場分布。表7.1物性參數(shù)表熱性能單位制鐵水導(dǎo)熱系數(shù)W/m C700.60密度Kg/m378001000比熱J/kg C4484200該問題是典型的瞬態(tài)傳熱問題，研究對象為鋼球和水。由于對稱性，在求解過程中取鋼球和 水中心縱截面的1/4建立幾何模型，如圖 7-1所示。本例選取 PLANE55軸對稱單元進行求解。附帶光盤“ AVICh77 1.avi圖7-1幾何模型附帶光盤“ 實例7 1_s

20、tart ”附帶光盤“實例7 1_end ”1、定義工作文件名選擇Utility Me nu >File>Cha nge Job name，彈出 Cha nge Job name對話框。在對話框中將工作名 改為 example7-1,單擊 OK 關(guān)閉該對話框。選擇 Main Menu >Preferences ,彈出 Preferences for GUI Filtering對話框，選中Thermal復(fù)選框，然后單擊 Ok按鈕關(guān)閉該對話框。2、定義單元類型選擇 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Dele

21、te，彈出 Element Type 對話框，單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。在 Library of Element Types對話框的兩個列表框 中分別選擇Thermal Solid、Quad 4node 55選項，如圖7- 2所示。單擊 0K按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-2單元類型列表對話框單擊Element Type對話框中的 Options按鈕，彈出 PLANE55 element type options對話框，在 Element behavior K3下拉列表框中選擇 Axisymmetric選項，其余選項均采用默認設(shè)置，如圖7-3所示，單擊

22、OK關(guān)閉該對話框。單擊 Element Type對話框中的Close按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-3 PLANE55單元屬性設(shè)置對話框3、定義材料性能參數(shù)1、選擇 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Model ，彈出 Define Material Model Behavior對話框，如圖 7-4所示。2、在 Material Models Available 列表中依次雙擊 Thermal、Conductivity、Isotropic 選項，彈出Conductivity for Material Number1 對話框，

23、在文本框中輸入鋼的導(dǎo)熱系數(shù)70，如圖7-5所示，點擊OK關(guān)閉對話框。3、雙擊 Define Material Model Behavior 對話框上的 Specific Heat 按鈕，彈出 Specific Heat for Material Number1對話框，在文本框中輸入鋼的比熱 448，如圖7- 6所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話 框。4、 雙擊 Define Material Model Behavior 對話框上的 Density 按鈕，彈出 Density for Material Number1對話框，在文本框中輸入鋼的密度7800，如圖7-7所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖

24、7-4定義材料屬性對話框圖7-5定義材料導(dǎo)熱系數(shù)對話框F3 Density for lateiial B tub er 1DENSnAdd Temperatur eTemperGraphOensi ty for Material Number 10KCancelHefc圖7-6定義材料比熱對話框圖7-7定義材料密度對話框5、定義水的材料屬性：在 Define Material Model Behavior 對話框中選擇 Material>New Model ， 彈出Define Material ID對話框，在文本框中輸入材料參數(shù)號 2，如圖7-8所示單擊OK按鈕關(guān)閉該 對話框。圖7-8

25、定義材料編號對話框6、 在 Material Models Available 列表中依次雙擊 Thermal、Conductivity、Isotropic 選項，彈出 Conductivity for Material Number2 對話框，在文本框中輸入水的導(dǎo)熱系數(shù)0.6，點擊OK關(guān)閉對話框。7、雙擊 Define Material Model Behavior 對話框上的 Specific Heat 按鈕，彈出 Specific Heat forMaterial Number2對話框，在文本框中輸入水的比熱4200,單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。8、 雙擊 Define Material

26、Model Behavior 對話框上的 Density 按鈕，彈出 Density for Material Number2對話框，在文本框中輸入水的密度 1000,單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。關(guān)閉Define Material Model Behavior 對話框。4、創(chuàng)建幾何模型1、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions，彈出 Create Rectangle by Dimensions對話框，如圖 7-9所示，在 X1、X2文本框中分別輸入 0、0

27、.3，在 Y1、Y2文本框中分別輸入 0、0.3，然后單擊OK按鈕確認設(shè)置。2、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By Dimensions，彈出 CircularAreas by Dimensions對話框。參照圖 7-10對其進行設(shè)置，然后單擊OK確認設(shè)置。圖7-9創(chuàng)建矩形面對話框圖7-10創(chuàng)建圓面對話框3、選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，彈出

28、 Overlap Areas對話框。單擊 Pick All按鈕選取所有的面。4、選擇 Ma in Menu >Preprocessor>Numberi ng Ctrls>Compress Numbers ，彈出 Compress Numbers 對話框。在 Label Item to be compressed下拉列表框中選擇 All選項，單擊 OK按鈕確認設(shè)置。5、 選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering ，彈出 Plot Numbering Controls 對話框，選擇 LINE 選項，使其狀態(tài)從 Of變?yōu)镺n，其余選項均采用

29、默認設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。完成上述操作后，生成的幾何模型如圖7-11所示。圖7-11生成的幾何模型5、劃分有限元網(wǎng)格1、選擇 Utility Menu>Plot>Lines 。2、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，彈出 Element Size on菜單，在文本框中輸入 4， 5，單擊 OK按鈕，彈出 Element Size on Picked Lines對 話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個數(shù) 30，在S

30、PACE文本框中輸入0.1，如圖7-12所 示，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。3、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，彈出 Element Size on菜單，在文本框中輸入 6， 7,單擊 OK按鈕，彈出 Element Size on Picked Lines對 話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個數(shù) 32,在SPACE文本框中輸入0.1，單擊OK按 鈕關(guān)閉對話框。4、 選擇 Main Menu>Preprocessor>M

31、eshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，彈出 Element Size on菜單，在文本框中輸入 3,單擊OK按鈕，彈出Element Size on Picked Lines對話框，在NDIV文本框中輸入劃分的網(wǎng)格單元個數(shù)Menu>Select>Everything。30,單擊 OK按鈕關(guān)閉對話框。選擇Utility圖7-12設(shè)置單元個數(shù)對話框5、選擇 Main Menu >Preprocessor>Mesh in g>Mesh>V olumes>Mapped>C

32、 on cate nate>L ines，彈出Con cate nate Lines菜單，在文本框中輸入2， 1，單擊 OK按鈕關(guān)閉該菜單。6、選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出 Meshing Attributes對話框，在MAT下拉列表中選擇1,如圖7-13所示，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-13網(wǎng)格劃分屬性設(shè)置對話框7、選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool，彈出 Mesh Tool 菜單

33、，在 Shape 選項組 中選中Quad和Mapped單選按鈕，單擊 Mesh按鈕，彈出 Mesh Areas菜單，在文本框中輸入 1， 單擊OK關(guān)閉該對話框。鋼球部分網(wǎng)格如圖 7-14所示。選擇 Utility Menu>Select>Everything 。8、選擇 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs，彈出 Meshing Attributes對話框，在MAT下拉列表中選擇 2,單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。9、選擇 Main Menu>Preprocessor&

34、gt;Meshing>Mesh Tool ，彈出 Mesh Tool 菜單，單擊 Mesh 按鈕，彈出Mesh Areas菜單，在文本框中輸入2,單擊OK關(guān)閉該對話框。10、 選擇Utility Menu>Plot>Element ，整體網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖7-15所示。圖7-14鋼球模型網(wǎng)格劃分圖7-15整體網(wǎng)格劃分6、加載求解1、選擇 Ma in Men u>Solutio n>An alysis Type>New An alysis ，彈出 New An alysis 對話框。選擇分 析類型為Transient,如圖7-16所示，單擊OK按鈕，彈出Tran

35、sient Analysis對話框，在TRNOPT 選項組中選中 Full單選按鈕，如圖 7-16所示，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對話框。選擇UtilityMenu>Select>Everything。TEariiaFisnt Analrffi eCTRKFT Sdintion “日LUIF*| Um lvptd ipprwP圖7-16定義求解類型對話框ri F£ll1eJ» Svparpax* n廠«圖7-17非穩(wěn)態(tài)分析選項設(shè)置對話框2、選擇 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc&

36、gt;Time-Time Step，彈出 Time andTime Step Options對話框，參照圖7-18進行設(shè)置，然后單擊 OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-18時間和時間步長設(shè)置對話框3、選擇 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time Integration>AmplitudeDecay，彈出Time Integration Controls對話框，參照圖7-19進行設(shè)置，設(shè)置完畢后單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-19時間積分控制對話框4、選擇Utility Menu>Select>

37、Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇 Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇 By Attributes選項，在第3個選項組中選擇Material num單選按鈕，在文本框中輸入1，如圖7-20所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。5、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Elements 單選Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇 Attached to選項，在第3個選項組中選擇 按鈕，如圖7-21所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。13 Sn

38、ivel Ent .:Elements -rFJlStl&rt Enti.；呦伽.工1Lime all帝 Malcvltl numElem 射呼 n«jin iHeal s cl num'Elcm CS numSc diun ID numI ayi* r nmm肓 V-wm l-vlHRefIecI'AJiqc SelectUiiieledi廣 Lline Iratcriar-如尺臨ji111iriJg-ricii廣 Volumes. MVnlumes, intEirior 屆 Fr»m FullRe s electAl$o Seled廠 Unndc

39、dStic All Inwcrt卻叫翫iu 函eu圖7-20單元選擇對話框圖7-21節(jié)點選擇對話框6、選擇 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes ，彈出 Apply TEMP on Nodes菜單，單擊 Pick All按鈕，彈出 Apply TEMP on Nodes 對話框。在 Lab2列表框中 選擇TEMP選項，在文本框中輸入1000,如圖7-22所示。單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 選擇UtilityMenu>Select>Everything 。

40、圖7-22施加溫度載荷對話框7、 選擇Utility Menu>Select>Entities ,彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇 Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組中選擇 Material num單選按鈕，在文本框中輸入2，單擊0K按鈕關(guān)閉該對話框。8、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇 Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇 Attached to選項，在第3個選項組中選擇 Ele

41、ments單選 按鈕，單擊0K按鈕關(guān)閉該對話框。9、 選擇 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes ，彈出 Apply TEMP on Nodes菜單，單擊 Pick All按鈕，彈出 Apply TEMP on Nodes 對話框。在 Lab2列表框中 選擇TEMP選項，在文本框中輸入 18,單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。10、 選擇 Utility Men u>Select>Everythi ng 。選擇 Ma in Me nu>Solutio n

42、>Solve>Curre nt LS ，彈出 Solve Current Load Step對話框，單擊 OK按鈕。ANSYS開始求解計算。計算結(jié)束后，彈出Note 對話框，單擊Close按鈕關(guān)閉該對話框。11、 選擇 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequence>Time Integration>Amplitude Decay，彈出Time Integration Controls對話框，將 TIMINT設(shè)置為On，其余選項均采用默認設(shè)置， 單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。12、 選擇 Main Menu

43、>Solution>Analysis Type>Sol ' Controls，彈出 Solution Controls 對話框， 選擇Basic選項卡，參照圖7-23進行設(shè)置，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-23求解控制基本選項設(shè)置對話框13、選擇 Main Menu>Solution>Define Loads>Delete>Thermal>Temperature>On Nodes，彈出 Delete TEMP on N 菜單，單擊 Pick All按鈕，彈出 Delete Node Constraints對話框。在下拉列表框 中

44、選擇TEMP選項，如圖7-24，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-24刪除節(jié)點參數(shù)對話框6、選擇 Utility Menu>Select>Everything 。選擇 Utility Menu>file>Save as 命令，彈出 Save Dtabase 對話框，在Save Dtabase to文本框中輸入 7 1_start.db，保存上述操作過程，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、 選擇 Main Menu>Solution>Solve>Current LS，出現(xiàn) Solve Current Load Step 對話框，同時出 現(xiàn)/STAT Comma

45、 nd窗口，仔細閱讀/STAT Comma nd窗口中的內(nèi)容，然后點擊Close按鈕，關(guān)閉/STAT Comma nd窗口。點擊 Solve Curre nt Load Step對話框中的 OK按鈕，ANSYS開始求解計算。求解 結(jié)束后，ANSYS顯示窗口出現(xiàn) Note提示框，單擊 Close按鈕關(guān)閉該對話框。8、選擇 Utility Menu>file>Save as 命令，彈出 Save Dtabase對話框，在 Save Dtabase to 文本框中 輸入7 1_end.db,保存求解結(jié)果，單擊 OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、后處理1、選擇 Main Menu>Gener

46、al Postproc>Read Results>Last Set。2、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組中選擇 Material num單選按鈕，在文本框中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。3、選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇 Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇 Attac

47、hed to選項，在第3個選項組中選擇 Elements單選 按鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。4、選擇 Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,彈出 Contour Nodal Solution Data 對話框。選擇 Nodal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature ,單擊 OK 按鈕，鋼球內(nèi)部 的溫度場分布如圖 7-25所示。選擇 Utility Menu>Select>Everything 。圖7-25鋼球內(nèi)部溫度場分

48、布等值線云圖5、 選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇 Elements選項，在第2個下拉列表框中選擇By Attributes選項，在第3個選項組中選擇 Material num單選按鈕，在文本框中輸入2，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。6、 選擇Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對話框。在第1個下拉列表框中選擇 Nodes選項，在第2個下拉列表框中選擇Attached to選項，在第3個選項組中選擇 Elements單選 按

49、鈕，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7、選擇 Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,彈出 Contour Nodal Solution Data 對話框。選擇 Nodal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature ,單擊 OK 按鈕，水內(nèi)部的 溫度場分布如圖7-26所示。IdAAIJUL 22 Z0D916:53:ZLstef=2 SUB -Z TIME-EiUDTEHFl>VG|RSY5-DSMH =lfl5MK -542.61367-

50、74309.45Mz.ei圖7-26水內(nèi)部溫度場分布等值線云圖8、選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Axes ，彈出 Axes Modification for GraphPlots對話框，參照圖7-27進行設(shè)置，設(shè)置完成后單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-27坐標設(shè)置對話框9、選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Curves ，彈出 Curve Modification for Graph Plots對話框，在/GTHK下拉列表框中選

51、擇 Triple選項，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 選擇Utility Menu>Select>Everything。10、選擇 Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables ，彈出 Define Time-History Variables 對 話框，單擊 Add按鈕，彈出 Add Time-History Variable 對話框，選中 Nodal DOF Result單選按鈕，如圖7-28所示，單擊 0K按鈕，彈出Define Nodal Data菜單，在文本框中輸入 1,單擊OK按鈕， 彈出Define Nodal Dat

52、a對話框，參照圖7-29對其進行設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。單擊Define Time-History Varables對話框中的 Close按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-28添加時間歷程變量對話框圖7-29定義節(jié)點數(shù)據(jù)對話框11、選擇 Ma in Me nu>TimeHist Postpro>Graph Variables，彈出 Graph Time-History Varable 對話 框，在NAVR1文本框中輸入2,如圖7-30所示，單擊 OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示將顯示球心溫度隨時間的變化關(guān)系曲線圖，如圖圖7-30顯示時間歷程對話框7-31所示。實例7- 2:不同材料

53、金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程分析一個30公斤重、溫度為1000C的銅塊，以及一個20公斤重、溫度為 800C的鐵塊，突然放入 溫度為20C、盛滿了 300升水的、完全絕熱的水箱中，如圖7-32所示。試求：一個小時后，銅塊與鐵塊的溫度分布（假設(shè)忽略水的流動）。材料的物性參數(shù)如表7.2所示。表7.2材料物性參數(shù)表熱性能單位制銅鐵水導(dǎo)熱系數(shù)W/m C383700.6密度Kg/m3888978001000比熱J/kg 中尺町均対eraL Jw,1I 5.0a雪圖7-32物理模型示意圖該問題是典型的非穩(wěn)態(tài)傳熱問題，研究對象為3個：銅塊、鐵塊和水。由于分析對象的長度遠遠大于其橫

54、截面積，因此只需對其橫截面進行分析即可。本例選取PLANE77單元進行求解。附帶光盤“實例7 2_start附帶光盤“實例7 2_end”附帶光盤“ AVICh77 2.avi ”1定義工作文件名選擇Utility Me nu >File>Cha nge Job name,彈出 Cha nge Job name對話框。在對話框中將工作名 改為 example7-2，單擊 0K 關(guān)閉該對話框。選擇 Main Menu >Preferences,彈出 Preferences for GUI Filtering對話框，選中Thermal復(fù)選框，然后單擊 OK按鈕關(guān)閉該對話框。2、定

55、義單元類型選擇 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，彈出 Element Type 對話框，單擊 Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。在兩個文本框中分別選擇 Thermal Solid、8node 77, 點擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。單擊 Element Type對話框上的Close按鈕關(guān)閉該對話框。3、創(chuàng)建幾何模型1、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By

56、 Dimensions ,彈出 Create Rectangle by Dimensions 對話框，在 X1、X2、Y1、Y2 文本框中分別輸入 0、0.6、0、0.5, 如圖7-33所示。2、 單擊 Apply按鈕，在 X1、X2、Y1、Y2文本框中分別輸入0.15、0.225、0.225、0.27，如 圖7-34所示。3、 單擊 Apply 按鈕，在 X1、X2、Y1、Y2 文本框中分別輸入 0.6-0.2-0.058、0.6-0.2、0.225、 0.225+0.044，如圖7-35所示。然后單擊 OK按鈕完成設(shè)置。圖7-33建立長方形對話框1圖7-34建立長方形對話框 2圖7-35建

57、立長方形對話框 34、選擇 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，彈出 Overlap Areas菜單，單擊 Pick All按鈕。5、 選擇 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering ，彈出 Plot Numbering Controls 對話框，點選 AREA 復(fù)選框，使其狀態(tài)由Of變?yōu)镺n,然后單擊OK按鈕完成設(shè)置。6、 選擇 Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Comp

58、ress Numbers ，彈出 Compress Numbers 對話框，在Label下拉列表框中選擇 Areas選項，如圖7-36所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖7-36壓縮編號對話框7、選擇Utility Menu>Plot>Areas，完成后的平面幾何模型如圖7-37所示,圖7-37幾何模型4、定義材料性能參數(shù)1、選擇 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models ，彈出 Define Material Model Behavior對話框。2、在 Material Models Availab

59、le 列表框依次雙擊 Thermal、Conductivity、Isotropic 選項，彈出Conductivity for Material Number 1對話框，在 KXX 文本框中輸入銅的導(dǎo)熱系數(shù)383，如圖7-38所示，單擊0K按鈕關(guān)閉對話框。3、雙擊 Specific Heat 選項，彈出 Specific Heat for Material Number 1 對話框，在 C 文本框中輸 入銅的比熱1390，如圖7-39所示，單擊 OK按鈕關(guān)閉對話框。4、雙擊 Density選項，彈出 Density for Material Number 1 對話框，在 DENS文本框中輸入銅的密度8