ansysworkbench熱分析教程

1、6-1Training Manual熱分析概念?本章練習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬，包括：A.幾何模型B.組件-實(shí)體接觸C.熱載荷D.求解選項(xiàng)E.結(jié)果和后處理F.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(jí)分析6-2熱分析穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ)Training Manual?對(duì)于一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬，溫度矩陣T通過(guò)下面的矩陣方程解得:K T T QT?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(gè)常量或是溫度的函數(shù)-Q可以是一個(gè)常量或是溫度的函數(shù)6-4?上述

2、方程基于傅里葉定律：?固體內(nèi)部的熱流(Fourier ' Saw )是K的基礎(chǔ)；?熱通量、熱流率、以及對(duì)流在Q為邊界條件；?對(duì)流被處理成邊界條件，雖然對(duì)流換熱系數(shù)可能與溫度相關(guān)?在模擬時(shí)，記住這些假設(shè)對(duì)熱分析是很重要的。熱分析Training ManualA.幾何模罵熱分析里所有實(shí)體類都被約束:-體、面、線?線實(shí)體的截面和軸向在DesignModeler 中定義?熱分析里不可以使用點(diǎn)質(zhì)量(Point Mass )的特性?殼體和線體假設(shè)：-殼體：沒(méi)有厚度方向上的溫度梯度-線體：沒(méi)有厚度變化，假設(shè)在截面上是一個(gè)常量溫度?但在線實(shí)體的軸向仍有溫度變化6-5熱分析Training Manual

3、材料特?唯一需要的材料特性是與熱性(Thermal Conductivity )Unsaved Project WorkbenchFie Vfew Tools Lfrit& Hdp6-7Thermal Conductivity 在 Engineering Data 中輸入1 Ojjtfint Filter-XTable of Properties Rov? 2： Thermal Cd_ XReconmdt import. ©Returnbo內(nèi)口jec± GCjsmp5dMi記eNew 二Opw. d 5a*ft i! 5ave As.?溫度相關(guān)的導(dǎo)熱性以表格 式輸入

4、AEIhermgl Condixtivity (W nr% 1 UM ) .2-100IHJlJT2D0Copper AlloyTeirperature (Cj /田5府固 Profess；爐 5hov> u Messe&Akjmriuin AUqry %* Concrete-m1. m ® w « M M 1111-11 于 < u T-VE M)營(yíng)zfnpuo "而TABcD4&3ta Scarce丘 Mign8 就 riptigrfe2* Engineering Data：A2Cohtenfts filtered for 5tea

5、dy-5tate3M GeFierl MaterialsJSamples 由ta prasided by ANSYSi r4 EkR Materials國(guó)u。一 ru.1 /A.erft于口l：Ered匕ddy,St&e HiefhnH fANSYS)|Outfinc of Gererd MafcfiridbEhgineerina Data ChartConcerns of GenaJ Material =HTDescription1tmd pruptruti iut dr.General aluniirHun aJloy. FatiguiABc1PjcpartyValueUritpl

6、"日 o Is酰門小二 Therrndl Con.回 Tabdw3Scalel4OffvAG ReadyProperties of Outke Row 4； Alun-Hriun AlloyTemperature IC1:若存在任何的溫度相關(guān)的材料特性，就將導(dǎo)致非線性求解。熱分析B.組件-實(shí)體接Training Manual6-8對(duì)于結(jié)構(gòu)分析，接觸域是自動(dòng)生成的，用于激活各部件間的熱傳與熱分析Training Manual組件-接觸區(qū)域-如果部件間初始就已經(jīng)接觸，那么就會(huì)出現(xiàn)熱傳與。pinball的解釋-如果部件間初始就沒(méi)有接觸，那么就不會(huì)發(fā)生熱傳與（見(jiàn)下面對(duì) ）。一 總結(jié)：Cont

7、act TypeHeat Transfer Between Parts in ContactRegion?Initially TouchingInside Pinball RegionOutside Pinball RegionBondedYesYesNoNo SeparationYesYesNoRoughYesNoNoFrictionlessYesNoNoFrictionalYesNoNo-Pinball區(qū)域決定了什么時(shí)候發(fā)生接觸，并且是自動(dòng)定義的，同時(shí)還給了一個(gè)相 對(duì) 較小的值來(lái)適應(yīng)模型里的小間距。組件-接觸區(qū)B?如果接觸是 Bonded （綁定的）或no separation （無(wú)分離的

8、），那么當(dāng)面出現(xiàn)在pinball radiusTraining Manual區(qū)域，因此在這兩個(gè)部件間 合發(fā)占熱傳導(dǎo)。Details of "Contact Region"平-ScopeScoping MethodGeometry SelectionContact1 FaceTarget1 FceContact BodiesTarget BodiesPad1日DehnitionTypeBondedScope lodeAutomaticBehaviorSymmetricSuppressedNo-AdvancedFormulationPure PenaltyNormal Stif

9、fnessProgram ControlledUpdate StiffnessNeverThermd ConductanceProgram ControlledPinball RegionRadiusPinball Radius2. mm1丁 Pinball Radius內(nèi)時(shí)就會(huì)發(fā)生熱傳與（綠色實(shí)線表示）。6-10熱分析組件-導(dǎo)熱Training Manual6-12?默認(rèn)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(huì)發(fā)生溫 度 ?實(shí)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?接著-使用與電脂"-穿過(guò)接觸界面的熱流

10、速，由接觸熱通量q決定:q n TCCTtargetTcontact-式中Tcontact是一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)上的溫度，Ttarqet是對(duì)應(yīng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上的溫度wwl I LClwl/LOI gDl-默認(rèn)情況下，基于模型中定義的最大材料與熱性KXX和整個(gè)幾何邊界框的對(duì)角線ASMDIAG , TCC被賦以一個(gè)相對(duì)較大的值。TCC 二 KXX 10,000 /ASMDIAG-這實(shí)質(zhì)上為部件間提供了一個(gè)完美接觸傳導(dǎo)熱分析多在 ANSYS ProfessionalTraining Manual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(gè)有限熱接觸傳導(dǎo)（TCC）-在細(xì)節(jié)窗口，為每個(gè)接觸域指定 TCC

11、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)百Sc oprContact2 FacesTarget2 FacesContact Bodiesbrackjet'lTarget BodiesYoki_male-1EDefinitionTypeBondedScope ModeAutomaticBehaviorSymmetricSuppressedNoHAdvancedFormulationPure PenaltyNormal StiffnessProgram ControlledUpdate 5HFFnf 55Never

12、Thermal ConductanceManualThermal Conductance Value0, W/m> Pintail RegionProgram ControlledDetails of Xontact Region"組件-康熱“Spotweld （點(diǎn)焊）提供了離散的熱傳導(dǎo)點(diǎn):Training Manual-Spotweld 可用）,印成Wdld 4 SteadyStatE TheiEd I2/11/200B 2:59 PM弼3石A: 5tm巾llietmolTotal He& Flux 2Type! Total Heat FluxUnit： W/m=Ti

13、me; 1 f2/i 1/2006 3:07 PM195.351704儡晶122,1297,71?73,30348.353陽(yáng),明4O.D739L1 Min在CAD軟件中進(jìn)行定義（目前只有 DesignModeler 和Unigraphics6-14C.熱載?熱流量：?jiǎn)⒚髣tI- 熱流速可以施加在點(diǎn)、邊或面上。它分布在多個(gè)選擇域上。- 它的單位是能量比上時(shí)間（energy/time ）?完全絕熱（熱流量為 0 ）:虱Perfectly Insured- 可以刪除原來(lái)面上施加的邊界條件?熱通量：/Flux- 熱通量只能施加在面上（二維情況時(shí)只能施加在邊上）- 它的單位是能量比上時(shí)間在除以面積（ en

14、ergy/time/area ）?熱生成：-內(nèi)部熱生成只能施加在實(shí)體上,1口國(guó)H向金網(wǎng)金口n它的單位是能量比上時(shí)間在除以體積（energy/time/volume )正的熱載荷會(huì)增加系統(tǒng)的能量。熱分析ANSYS溫度、對(duì)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(shí)的溫度將會(huì)達(dá)到無(wú)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荷或熱邊界條件的表面上O?完全絕熱條件將忽略其它的熱邊界條件給定溫度：一-給點(diǎn)、邊、面或體上指定一個(gè)溫度-溫度是需要求解的自由度6-16熱分析熱邊界條件ANSYSTraining Manual?對(duì)流：丹 1 Cwe

15、由。門-只能施加在面上（二維分析時(shí)只能施加在邊上）-對(duì)流q由與熱膜系數(shù)h,面積A,以及表面溫度Tsurface與環(huán)境溫度Tambient的差來(lái)定義。qhA TsurfaceTambient-h 和T ambient ”是用戶指定的值-與熱膜系數(shù)h可以是常量或是溫度的函6-17Details oF "Convection 2"-ScopeScoping MethodGeometry SelectionGeometry1 Face-DefinitionT沖wConvectionFilm Coefficient3, W/ma，% (step 單上Ainbisnt Temperat

16、ure 22 4 eC (step applied)NIJDetails af "ConYectiQnIR斗-ScopeScoping MethodGeometry SelectionGeometry16 Bodies-DeFInMonTypeConvectionFilm Coefficient3tagndnt Air - Simplified Case 腳Ambient Temperature23. (step applied)"GPPI5SBumu熱分析熱邊界條件Training Manual?與溫度相關(guān)的對(duì)流：-為系數(shù)類型選擇Tabular(Temperature)-

17、輸入對(duì)流換熱系數(shù)-溫度表格數(shù)據(jù)-在細(xì)節(jié)窗口中，為h(T)指定溫度的處理-I ScopeScoping MethodGeometry SelectionGeometry137 FacesEDefinition一二TypeConvection Film Coeffkient0.(ramped)Ambient Temperature22,5C (ramped)府ppr-dMoPress F； Hr HelpDetails of "Canvectwn DQ Import.漢 Import.ExportL.IJ< ConstantTabular (Time)Tabular (Temper

18、atire) nincoonDetails of Convedtion ?：'ZScopeScaping MethodGeametry值匚 tionGeometty137 F5ces-DeFinitionrypeConvectionFim CoefficientTabiriar DataGoeFfkient TypeAverage Film TemperatureAmbaent TemperatureBulk TemperatureSuppressedAverage Film T&mpetatureDifference of Surface and Bulk. T emperU

19、RUXMJ 】um'cSBQwuozv5 ALieuT«Tnp#rafcurw RC1 Ip- Corivction 匚cwFR-ienl：川小加？'唾1154.210.L2.3沮【7,430.X.550.Z3.675.K.Tabular DataN5 及 37.5 50,比,5 66.25T einperature 6-19熱分析熱邊界條件ANSYSTraining Manual?幾種常見(jiàn)的對(duì)流系數(shù)可以從一個(gè)樣本文件中導(dǎo)入。新的對(duì)流系數(shù)可以保存 在文件中。G Im口ort 設(shè) Import.,ExportConstantTabular (Time)5 Tabular

20、 (Temperatura)Function?輻射：J q Radiation-施加在面上（二維分析施加在邊上）二 FA-Tambient一X'中：Tsurface? a =斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)? £=放射率? A =輻射面面積? F =形狀系數(shù)（默認(rèn)是1）ScopeScoping MethodWmd SelectjonNamed SelectionNS.RadSutLlDeFinitionTypeRadiationCorretationTo AmbientEmissivity0,7Hiiiune'iii i i ii|jsrdi.urelFdFII|JE：UJSupp

21、f/edNoDetails oF "Outer SurFacs Radiatian"Q-只針對(duì)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-玻爾茲曼常數(shù)自動(dòng)以工作單位制系統(tǒng)確定6-23熱分析D.求解選Training Manual5?從 Workbench toolbox插入 Steady-State Thermal 在 project schematic里建立一個(gè) Ss Thermal system(SS?在 Mechanical 里，可以使用 Analysis Settings 為熱 分析設(shè)置求解選項(xiàng)。-注意，第四章的靜態(tài)分析中的 Analysis Data

22、 Managemh Rj Steady-5tate Thermal (A5)03Analysis SettingsDet.inls dF "Analysis Settings1,Step 匚ontrolsna?版Current StepNuml耿在那里也可以使uber i.ToolboxI,匚忙匚1：'二二卜曰-n 址二臼 Arialy5i5 Systems國(guó) Harmonic Response (AN5YS)翻I Linear Euckling (AN5Y5)gg Modal (AFJ5f5)岫| Random Vibratior (A1M5VS)H Response Sp

23、ectrum (APJ5Y5)國(guó) Shape Optimization (AN5V5)國(guó) Static Structural(AM5Y5)| " 5gddy-5l:己坦Th舒門耳(口有Y5)麒 it ardent structural (MSO)心 Transient Therrnal(AM5YS)S Cornponent S/skems國(guó) Custom SystemsE Design LxploraticnSteady-State Thermal (AFJ5Y5)2 -Erigineering DataVj3 注Geornetry/.4 Model /5 喳fSetup)fi 汨m

24、G力h亦小n 一 H3mti7 卷 Results：/3W3dy-5MM Thermal (AN5Y5)Step End limeAuto Time 5t"ppinqSolver Controk1.Program conggdi+l+tSolver TypeNonlinear ControlsOutput ControlsProgram ControlledSolver Files DiredzcwyD: otver_TerinpWE _PGHX64(Future AnalysisNoneSwe ANSY3 dbNODelete Unneeded HiesTE5Nonlinear S

25、olution優(yōu)Solver UnitsActive SystemSolver Unrt SystennnmmVisibilityAnalysis Data Management6-25熱分析求解模Training Manual6-27?為了實(shí)現(xiàn)熱應(yīng)力求解，需要在求解時(shí)把結(jié)構(gòu)分析關(guān)聯(lián)到熱模型上。E Static Structural 口的結(jié)構(gòu)載荷和約束-求解結(jié)構(gòu)中插入了一個(gè)imported load 分支）并同時(shí)導(dǎo)入了施OutlineProject SchomatlcA Steady-5tate Thermal (AN5 VS)* Static Structural (AN5YS)Engine

26、ering DataGeomrySteady'State Thermal (AN5VS)Engineering Data.Geomstr/.ModelSetupVSdutronResultsStatic Structural (AfJSYS)iBl Pr?帕比 重 Mode) (A% 由0£ Geametry任“二:Coordinate 5/stems Mesh-：3 Steady-State Thermal (A5)/號(hào) Initial Temperature vwv/?； Analysis Sftttings- Convection|Heat Fk)w中胸 Convect

27、ion 2百一期 Soludon(A6)_ 二二四"紗玳 igStatic Structural (B5)341 Imported Lcdd (Setup)Imported Bod/ TemperatLire-i| Solution (B6)|7 I Solution Infonnatian熱分析E.結(jié)果和后處Training Manual?后處理可以處理各種結(jié)果:一溫度-熱通量-反作用的熱流速-用戶自定義結(jié)果Thermal . | Probe | 需Temperature < Heat FIuk 您 ReGM隗 User Defined ResJt該 Terriperattire，Total l-teat Flux Drectianal Heat Flux唱t Error?模擬時(shí)，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(jìn)行一次模型的求解。6-29熱分析Training Manual，Th+r巾司SolutionUnit ConTennperatureOutline forTotat He