ANSYS热应力分析例题
实例1圆简内部热应力分折：
有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。
该问题属于轴对称问题。由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。
/filname,exercise1-jianjie
/title,thermal stresses in a long
/prep7 $Et,1,plane55
Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70
Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2
Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2
Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish
/solu $Antype,static
Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200
lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20
allsel $outpr,basic,all
solve $finish
/post1 $Set,last
/plopts,info,on
Plnsol,temp $Finish
/prep7 $Etchg,tts
Keyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1
Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28
Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,all
Lsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,all
Allsel $Finish
/solu $Antype,static
D,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rth
Allsel $Solve $Finish
/post1
/title,radial stress contours
Plnsol,s,x
/title,axial stress contours
Plnsol,s,y
/title,circular stress contours
Plnsol,s,z
/title,equvialent stress contours
Plnsol,s,eqv $finish
/filname,exercise1-zhijie
/title,thermal stresses in a long
/prep7 $Et,1,plane13
Keyopt,1,1,4 $Keyopt,1,3,1
Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28
MP,KXX,1,70
Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2
Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2
Lesize,all,,,5 $Amesh,1
Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,all
Lsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,all
ALLSEL $Finish
/solu $Antype,static
Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200
lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20
allsel $outpr,basic,all
solve $finish
/post1 $Set,last
/plopts,info,on
Plnsol,temp
/title,radial stress contours
Plnsol,s,x
/title,axial stress contours
Plnsol,s,y
/title,circular stress contours
Plnsol,s,z
/title,equvialent stress contours
Plnsol,s,eqv $finish
实例2冷却栅管的热应力分析
图中为一冷却栅管的轴对称结构示意图，其中管内为热流体，温度为200℃，压力为10Mp,对流系数为110W／(m2?℃)；管外为空气，温度为25℃，对流系数为30w／(mz．℃)。栅管材料参数如表13—2所示，求栅管内的温度场和应力场分布。
根据对称性，并在图示边界线段上施加对称边界约束，进行热应力分析求解。
FINISH $/CLEA
/filname,exercise2
/title,thermal stresses in an axisymmetrical pipe
/prep7 $et,1,plane13 $Keyopt,1,1,4
mp,ex,1,200e9 $Mp,alpx,1,1.5e-5
mp,prxy,1,0.3 $mp,kxx,1,30
rectang,0.12,0.16,0,0.07 $ rectang,0.16,0.4,0.025,0.045 $ rectang,0.38,0.4,0.015,0.055
k,100,0.15,0.055 $k,101,0.15,0.015
aadd,all $numcmp,line
lfillt,8,12,0.01 $lfillt,7,9,0.01
ldiv,9,0.8 $ldiv,12,0.8
L2tan,12,-6 $L2tan,9,5
al,15,16,17 $al,18,19,20
al,14,22,23 $al,13,21,24
aadd,1,2,4 $aadd,5,6
aadd,1,3 $numcmp,line
esize,0.0025 $wpstyle,,,,,,,,1
csys,4 $kwpave,100
wprot,0,0,90 $asbw,2
wprot,0,90 $asbw,3
kwpave,101 $asbw,4
kwpave,16 $wprot,0,-90 $asbw,5 kwpave,19 $asbw,6
kwpave,12 $asbw,7
amesh,1,3 $amesh,5,8,3
amap,4,15,16,18,17 $amap,6,19,20,9,12 allsel $wpstyle,,,,,,,,0
csys,0 $nsel,s,loc,y,0
cp,1,uy,all $allsel $finish
/solu $antype,static
Sfl,3,pres,10e6 $Sfl,3,conv,110,,200 Lsel,s,,,4,18 $Lsel,a,,,20,21
Sfl,all,conv,30,,25 $Lsel,s,,,17,20,3
Dl,all,,symm $lsel,s,,,18,21,3
Dl,all,,symm $allsel
Outpr,basic,all $Solve $Finish
/post1 $Set,last
/title, temperature contours
Plnsol,temp
/title,sum displamentl contours
Plnsol,u,sum
/title,radial stress contours
Plnsol,s,x
/title,axial stress contours
Plnsol,s,y
/title,circular stress contours
Plnsol,s,z
/title,equvialent stress contours
Plnsol,s,eqv
/expand,9,axis,,,10
/view,1,1,1,1
/title,temperature contours
Plnsol,temp
/title,equvialent stress contours
Plnsol,s,eqv $finish
实例3两无限长平扳热膨胀分析：
有两块厚度均为0.02mm的无限长平板1和2，受如图13—52所示约束。平板初始温度为20℃，求将其加热到800℃时平板内部的应力场分布(平板材料参数见表)。
根据题意，忽略平板沿长度方向的端面效应，将问题简化为平面应变问题。在分析过程中取两平板的横截面建立几何模型，并选取plane13热一结构锅台单元进行求解。
/filname,exercise3
/title,thermal expansion between two infinite flat
/prep7 $et,1,plane13 $Keyopt,1,1,4
mp,alpx,1,1.5e-5 $mp,ex,1,1.0e11
mp,prxy,1,0.25 $mp,kxx,1,65
mp,prxy,2,0.3 $mp,ex,2,2.0e11
mp,kxx,2,30 $mp,alpx,2,2.5e-5
rectng, 0,0.1,0,0.02 $ rectng, 0.1,0.3,0,0.02
esize,0.02 $mat,1 $amesh,1 $mat,2 $amesh,2
nummrg,all $numcmp,all
/solu $antype,static
Autots,on $lsel,s,,,4,6,2
Nsll,s,1 $d,all,ux
Tref,20 $bfunif,temp,800
Allsel $solve
/post1 $Set,last
/plopts,info,on
/title, temperature contours
Plnsol,temp
/title,sum displamentl contours
Plnsol,u,sum
/title,x direction displament contours
Plnsol,u,x
/title,y direction displament contours
Plnsol,u,y
/title,sum direction displament contours
Plnsol,u,sum
/title,x direction stress contours
Plnsol,s,x
/title, y direction stress contours
Plnsol,s,y
/title,equvialent stress contours
Plnsol,s,eqv $finish
实例4包含焊缝的金属板热膨胀分析
某一平板由钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，平板尺寸为1×1×0.2，横截面结构如图
13—68所示。平板初始温度为800℃，将平板放置于空气中进行冷却，周围空气温度为30℃，对流系数为110W／(m2．℃)。求10分钟后平板内部的温度场及应力场分布(材料参数见表134)。
属于瞬态热应力问题，选择整体平板建立几何模型，选取solid5热一结构耦合单元进行求解。
/filname,exercise4
/title,thermal stresses in secti***** including welding seam
/prep7 $et,1,plane13
Keyopt,1,1,4 $et,2,solid5
Mp,alpx,1,1.06e-5 $mp,kxx,1,66.6
Mp,dens,1,7800 $mp,c,1,460
Mptemp,,30,200,400,600,800
Mpdata,ex,1,,2.06e11,1.92e11,1.75e11,1.53e11,1.25e11
Mpdata,prxy,1,,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3
Tb,bkin,1,5 !指定材料模型
Tbtemp,30 $Tbdata,1,1.40e9,2.06e10
Tbtemp,200 $Tbdata,1,1.330e9,1.98e10
Tbtemp,400 $Tbdata,1,1.15e9,1.83e10
Tbtemp,600 $Tbdata,1,0.92e9,1.56e10
Tbtemp,800 $Tbdata,1,0.68e9,1.12e10
MP,ALPX,2,1.75E-5 $MP,KXX,2,383
MP,DENS,2,8900 $MP,C,2,390
MPDATA,EX,2,,1.03E11,0.99E11,0.90E11,0.79E11,0.58E11
MPDATA,PRXY,2,,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3
TB,BKIN,2,5
TBTEMP,30 $TBDATA,1,0.9E9,1.03E10
TBTEMP,200 $TBDATA,1,0.85E9,0.98E10
TBTEMP,400 $TBDATA,1,0.75E9,0.89E10
TBTEMP,600 $TBDATA,1,0.62E9,0.75E10
TBTEMP,800 $TBDATA,1,0.45E9,0.52E10
MP,ALPX,3,5.87E-6 $MP,KXX,3,46.5
MP,DENS,3,7000 $MP,C,3,450
MPDATA,EX,3,,1.18E11,1.09E11,0.93E11,0.75E11,0.52e11
MPDATA,PRXY,3,,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3
TB,BKIN,3,5
TBTEMP,30 $TBDATA,1,1.04E9,1.18E10
TBTEMP,200 $TBDATA,1,1.01E9,1.02E10
TBTEMP,400 $TBDATA,1,0.91E9,0.86E10
TBTEMP,600 $TBDATA,1,0.76E9,0.69E10
TBTEMP,800 $TBDATA,1,0.56E9,0.51E10
K,1 $K,2,0.5
K,3,1 $K,4,0,0.2
K,5,0.4,0.2 $K,6,0.6,0.2 $K,7,1,0.2
A,1,2,5,4 $A,2,3,7,6
CSYS,1 $L,6,5 $AL,2,8,9
MSHKEY,1 $ESIZE,0.05
AMESH,1,3,1 $ESIZE,,10
TYPE,2 $MAT,1 $VOFFST,1,1
MAT,3 $VOFFST,2,1
MAT,2 $VOFFST,3,-1 $ACLEAR,1,3,1
NUMMRG,ALL $NUMCMP,ALL $ALLSEL
/SOLU $ANTYPE,4
TRNOPT,FULL $TIMINT,1,STRUCT
TIMINT,1,THERM $TIMINT,0,MAG
TIMINT,0,ELECT $TINTP,0.005,,,-1,0.5,0.2
TIME,600 $DELTIM,30,10,100
AUTOTS,ON $KBC,1
OUTRES,,ALL $BFUNIF,TEMP,800
ASEL,U,,,6,13,7 $NSLA,S,1
SF,ALL,CONV,110,30 $ALLSEL
SOLVE $FINISH
/POST1
SET,LAST
/TITLE,TEMPERATURE CONTOURS
PLNSOL,TEMP
/TITLE,X DIRECTION DISPLAMENT CONTOURS
PLNSOL,U,X
/TITLE,Y DIRECTION DISPLAMENT CONTOURS
PLNSOL,U,Y
/TITLE,Z DIRECTION DISPLAMENT CONTOURS
PLNSOL,U,Z
/TITLE,SUM DIRECTION DISPLAMENT CONTOURS
PLNSOL,U,SUM
/TITLE,X DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,X
/TITLE,Y DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,Y
/TITLE,Z DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,Z
/TITLE, EQUVIALENT DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,EQV
实例5连杆热应力分析
图示为一连杆，其初始温度为100℃，现将连杆放置于空气中进行冷却，周围空气温度为20℃，对流系数为95W／(m2?℃)。求： 1)5分钟后平板内部的温度场及应力场分布； 2)A、B两点温度随时间的变化关系曲线(材料参数见表13—5)。
该问题属于瞬态热应力问题，选取连杆建立几何模型，并选强solid98十节点四面体热结构耦合单元进行求解。
/filname,exercise5
/title,thermal stress analysis to a connecting rod
/prep7 $Et,1,solid98
Mp,alpx,1,2.05e-5 $Mp,prxy,1,0.3
Mp,kxx,1,16.3 $Mp,ex,1,220e9
Mp,c,1,300 $Mp,dens,1,7800
K,1,-0.18,0,0 $K,2,-0.18,0.035,0
K,3,-0.14,0.035,0 $L,1,2
L,2,3 $Csys,1
K,4,0.14,135,0 $K,5,0.1,180,0
K,6,0.1,135,0 $L,3,4
L,5,6 $LFILLT,2,3,0.02
Wprota,45 $Csys,4
Allsel $Lsymm,x,1,5
Wprota,-45 $Wpoffs,0.7
Cswpla,11,1
K,16,0.07,0,0 $K,17,0.07,135,0
K,18,0.04,0,0 $K,19,0.04,180,0
L,16,17 $L,18,19
Csys,0
Lsymm,x,6,7 $Lsymm,x,4,9,5
K,28,0.25,0.055,0 $K,29,0.52,0.045,0
Bsplin,17,29,28,22
Lfillt,14,17,0.03 $Lfillt,11,17,0.15
Lsymm,y,1,19 $Nummrg,all
Lsel,s,,,12,31,19 $Al,all
Lsel,s,,,4,9,5 $Lsel,a,,,15,16
Lsel,a,,,23,28,5 $Lsel,a,,,34,35 $Al,all Lsel,s,,,1,3 $Lsel,a,,,5,8
Lsel,a,,,10,11 $Lsel,a,,,13,14
Lsel,a,,,17,22 $Lsel,a,,,24,27
Lsel,a,,,29,30 $Lsel,a,,,32,33
Lsel,a,,,36,38 $Al,all $Allsel Asba,3,1 $Asba,4,2
Numcmp,all $Voffst,1,0.02 $Smrt,6 Mshape,1,3d $Mshkey,0
Vmesh,1 $Wpstyle,,,,,,,,0 $Save /SOLU
ANTYPE,4 $TRNOPT,FULL
TIMINT,1,STRUCT $TIMINT,1,THERM
TIMINT,0,ELECT $TINTP,0.005,,,-1,0.5,-1
TIME,300 $DELTIM,4,4,20
AUTOTS,ON $KBC,1
OUTRES,,ALL $BFUNIF,TEMP,100
ASEL,s,,,all $NSLA,S,1
SF,ALL,CONV,95,20 $ALLSEL
SOLVE $FINISH
/POST1
SET,LAST
/TITLE,TEMPERATURE CONTOURS
PLNSOL,TEMP
/TITLE,SUM DISPLAMENT CONTOURS
PLNSOL,U,SUM
/TITLE,X DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,X
/TITLE,Y DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,Y
/TITLE,Z DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,Z
/TITLE, EQUVIALENT DIRECTION STRESS CONTOURS
PLNSOL,S,EQV
/POST26
/AXLAB,A,TIME,(SEC)
/AXLAB,Y,TEMPERATURE
/GTHK,AXIS,3
/GTHK,CURVE,3
/COLOR,CURVE,MRED,1
WPCSYS,-1
NSEL,S,LOC,X,-0.18
NSEL,R,LOC,Y,0
NSEL,R,LOC,Z,0
*GET,NODE1,NODE,,NUM,MAX
NSEL,S,LOC,X,0.77
NSEL,R,LOC,Y,0
NSEL,R,LOC,Z,0
*GET,NODE2,NODE,,NUM,MAX
NSOL,2,NODE1,TEMP
NSOL,3,NODE2,TEMP
/TITLE,CURVE DECRIBED THE RELATION BETWEEN TEPERATURE AND TIME AT POINT A
PLVAR,2
/TITLE,CURVE DECRIBED THE RELATION BETWEEN TEPERATURE AND TIME AT POINT B
PLVAR,3
FINISH
实例6热喷涂过程中熔滴夜基体表面沉积凝固后的残余应力分析热喷徐过程中，一金属N6熔滴以一定速度在无限大碳钢基体表面沉积后，发生散流变形的同时与基休有热变换作用，最终凝固成圆片状固体颗粒。其纵剖面形状及几何尺寸如图13—l16
所示。金属Ni与碳钢的基本物性参数如表13—6所示。假定颗粒由最初的熔点温度1454℃冷却到室温25℃，忽略对流带来的影响，月假定平均制备温度625℃为参考温度。若定义路径1为线段AB，定义路径2为线段BC，求：1)熔滴经过Iooy5时的温度场分布。2)点A、点B的温度随时间的变化曲线。3)100隅时，沿路径1、路径2颗粒的轴向应力变化曲线与径向应力变化曲线。4)100y5时，熔滴的轴向应力场与径向应力场。5)100隅时，在歹维方向熔滴(取I／4份)的轴向应力场与径向应力场。
热喷徐过程中，一金属N6熔滴以一定速度在无限大碳钢基体表面沉积后，发生散流变
形的同时与基休有热变换作用，最终凝固成圆片状固体颗粒。其纵剖面形状及几何尺寸如图13—l16所示。金属Ni与碳钢的基本物性参数如表13—6所示。假定颗粒由最初的熔点温度1454 ℃冷却到室温25℃，忽略对流带来的影响，月假定平均制备温度625℃为参考温度。若定义
路径1为线段AB，定义路径2为线段BC，求：
1)熔滴经过Iooy5时的温度场分布。
2)点A、点B的温度随时间的变化曲线。
3)100隅时，沿路径1、路径2颗粒的轴向应力变化曲线与径向应力变化曲线。
4)100y5时，熔滴的轴向应力场与径向应力场。
5)100隅时，在歹维方向熔滴(取I／4份)的轴向应力场与径向应力场。
根据题意，可将问题简化为二维轴对称问题，分析过程中取纵剖团的一半进行求解，如图13—117所示，对称向上取对称约束。对于无限大碳钢基体可在建模过程中取远远大于颗粒的尺寸近似代替(本例按矩形取2000四×1肋opn)。求解热应力采用间接辊合法，即先用P1抓e55单元完成温度场计算后，再转换成PlMe42单元，计算热应力。
为建模及分析问题方便，统一取微米?毫克?微秒单位制。经单位制转换后，各材料属性的数值如表13。7所示。注意，取不同的单位制，属性数值虽然会有所不同，且将导致最终计算结果数值也相应不同，但换算成相同单位制后，结果是一致的。
/filname,exercise6
/title,thermal stress analysis of molten in particle in thermal spraying
/prep7 $Et,1,55,,,1
Mp,ex,1,0.204 $Mp,nuxy,1,0.28
Mp,alpx,1,13.36e-6 $Mp,kxx,1,87.86e-6
Mptemp,1,0,25,355,360,365,1454
Mpdata,enth,1,1,0,8.48e-5,1.45e-3,1.5e-3,1.55e-3,6.6.5e-3
Mp,ex,2,0.215 $Mp,nuxy,2,0.26
Mp,alpx,2,11.3e-6 $Mp,dens,2,7.9e-9
Mp,kxx,2,7.1e-5 $Mp,c,2,460.24
K,1,0,22.5,0 $K,2,10,22
K,3,20,19.3 $K,4,30,16.5
K,5,40,13.8 $K,6,50,12
K,7,60,9.5 $K,8,70,7.5
K,9,80,5.5 $K,10,90,4.5
K,11,100,2.8 $K,12,110,2.8
K,13,200,0 $K,14,0,0
*do,i,1,13
Lstr,i,i+1
*enddo
Lstr,14,1 $Al,all
Rectng,0,2000,-1000,0 $Aglue,all $Numcmp,area
Asel,s,area,,2 $Aatt,2
Asel,all $Amesh,all
Nummrg,node $Save,exercise61,db
/solu $antype,4
Solcontrol,on $Esel,s,mat,,1
Nsle,s $Ic,all,temp,1454
Esel,s,mat,,2 $Nsle,s
Ic,all,temp,25 $Allsel,all
Time,100 $Autots,on
Deltim,1 $Kbc,0
Outres,all,all $Solve
Save,exercise62,db
/post1 $/plopts,info,on
Esel,s,mat,,1 $/title,temperature contours for the particle at 100e-6s Plnsol,temp
/post26
Nsol,2,1,temp,,point-a $Nsol,3,42,temp,point-b
Plvar,2,3 $Allsel,all
Path,path1-sx,2 $Ppath,1,1
Ppath,2,42 $Pdef,path1-sx,s,x,avg
/title,radial stress for path1
Plpath,path1-sx $Path,path1-sy,2
Ppath,1,1 $Ppath,2,42
Pdef,path1-sy,s,y,avg $/title,axial stress for path1
Plpath,path1-sy $Path,path2-sx,2
Ppath,1,42 $Ppath,2,35
Pdef,path2-sx,s,x,avg $/title,radial stress for path2
Plpath,path1-sx $Path,path2-sy,2
Ppath,1,42 $Ppath,2,35
Pdef,path2-sy,s,y,avg $/title,axial stress for path2
Plpath,path2-sy $/title,radial stress for the ni particle at 100e-6s Plesol,s,x $Etable,sx,s,x
Etable,sy,s,y $Smult,sx-mpa,sx,,1000000,1
Smult,sy-mpa,sy,,1000000,1 $Pletab, sx-mpa,avg
/title,axial stress for the ni particle at 100e-6s
Pletab, sy-mpa,avg $/expand,9,axial,,,10
/title,radial stress for the ni particle at 100e-6s
Plesol,s,x $/title,axial stress for the ni particle at 100e-6s Plesol,s,y $finish
Project1 梁的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。 NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。 梁承受均布载荷：1.0e5 Pa 图1-1梁的计算分析模型 梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面：圆截面：工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 1.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK 1.5定义截面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK
1.ANSYS中混凝土模式预应力模拟的算例 !简支梁实体与预应力钢筋分析 /PREP7 egjx=2e5 !Ey agjx=140 !单根钢绞线面积 ehnt=4e4 !Eh xzxs=1.0e-5 !线胀系数 yjl=200000 !定义预加力 et,1,link8 !定义link8单元 et,2,solid95 !定义solid95单元 r,1,agjx !定义link8单元的面积 r,2 !定义第2种实常数 mp,ex,1,egjx !定义link8单元的弹性模量mp,prxy,1,0.3 !定义link8单元的泊松系数mp,alpx,1,1.0e-5 !定义线膨胀系数 mp,ex,2,ehnt !定义solid95单元的弹性模量mp,prxy,2,0.3 !定义solid95单元的泊松系数blc4, , ,100,200,3000 !定义梁体 /view,1,1,1,1 !定义ISO查看 /ang,1 vplot !绘制梁体 kwpave,6 !工作平面移动到关键点6
wpoff,-30 !工作平面移动-30mm(X) wprot,0,0,90 !工作平面旋转 vsbw,1 !分割梁体 wpoff,0,0,-40 !工作平面移动-40mm(Z) vsbw,2 !分割梁体 wpoff,0,40 !工作平面移动40mm(Y) wprot,0,90 !工作平面旋转 vsbw,all !分割梁体 wpstyl !关闭工作平面显示 nummrg,all,,,,low !整理 numcmp,all !压缩编号 esize,30 !定义网分时边长控制 lsel,s,,,28,38,10 !定义line28和38为新的选择集latt,1,1,1 !定义选择集的属性 lmesh,all !对线划分单元 allsel,all !新的选择集为所有的实体 gplot !绘制所有的实体 vsel,s,,,all !定义所有体为选择集 vatt,2,2,2 !定义选择集的属性 mshape,0,3d !将体划分单元的形状定位HEX mshkey,1 !采用MAPPED划分器 vmesh,all !对体进行划分单元
本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识， 主要包括非稳态热分析的应用、 非稳态热分析的基本步骤。 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 丄本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析 7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。 根据物体温度随着时间的推移而变化的 特性可本章要点 非稳态热分析单兀、
以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。 ANSYS 11.0 及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷 - 时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。
第1章 习题 1.ANSYS软件程序包括几大功能模块？分别有什么作用？ 2.如何启动和退出ANSYS程序？ 3.ANSYS程序有哪几种文件类型？ 4.ANSYS结构有限元分析的基本过程是什么？ 5.两杆平面桁架尺寸及角度如习题图1.1所示，杆件材料的弹性模量为2.1×1011Pa，泊松 比为0.3，截面面积为10cm2，所受集中力载荷F=1000N。试采用二维杆单元LINK1计算集中力位置节点的位移和约束节点的约束反力。 习题图1.1 两杆平面桁架 第2章 习题 1.建立有限元模型有几种方法？ 2.ANSYS程序提供了哪几种坐标系供用户选择？ 3.ANSYS程序中如何平移和旋转工作平面？ 4.试分别采用自底向上的建模方法和自顶向下的建模方法建立如习题图2.1所示的平面图 形，其中没有尺寸标注的图形读者可自行假定，并试着采用布尔运算的拉伸操作将平面图形沿法向拉伸为立体图形。
习题图2.1 平面图形 5.试分别利用布尔运算建立如习题图2.2所示的立体图形，其中没有尺寸标注的图形读者 可自行假定。 习题图2.2 立体图形 6.试对习题图2.3所示的图形进行映射网格划分，并任意控制其网格尺寸，图形尺寸读者 可自行假定。 习题图2.3 映射网格划分
第3章 习题 1.试阐述ANSYS载荷类型及其加载方式。 2.试阐述ANSYS主要求解器类型及其适用范围。 3.如何进行多载荷步的创建，并进行求解？ 4.试建立如习题图3.1所示的矩形梁，并按照图形所示施加约束和载荷，矩形梁尺寸及载 荷位置大小读者可自行假定。 习题图3.1 矩形梁约束与载荷 5.试建立如习题图3.2所示的平面图形，并按照图形所示施加约束和载荷，平面图形的尺 寸及载荷大小读者可自行假定。 习题图3.2 平面图形约束与载荷 第4章 习题
ANSYS热应力分析例题 实例1圆简内部热应力分折： 有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。 该问题属于轴对称问题。由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。 /filname,exercise1-jianjie /title,thermal stresses in a long /prep7 $Et,1,plane55 Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70 Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2 Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2 Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish /solu $Antype,static Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200 lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20 allsel $outpr,basic,all solve $finish /post1 $Set,last /plopts,info,on Plnsol,temp $Finish /prep7 $Etchg,tts Keyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1 Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28 Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,all Lsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,all Allsel $Finish /solu $Antype,static D,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rth Allsel $Solve $Finish /post1 /title,radial stress contours Plnsol,s,x /title,axial stress contours Plnsol,s,y /title,circular stress contours Plnsol,s,z /title,equvialent stress contours Plnsol,s,eqv $finish
郑重申明：本人能力有限，文中不可避免会有错误，欢迎朋友们批评指正，希望大家相互提高，呵呵，谢谢啦！ 12.8. Sample Rigid Body Dynamic Analysis 刚体动力学分析实例 This sample analysis demonstrates how to model a flexible component in ANSYS and export the flexible body information to a file for use in ADAMS. The example also provides brief instructions on how to perform the rigid body dynamic analysis in ADAMS, and details on how to transfer the loads from ADAMS to ANSYS in order to perform a stress analysis. 该实例演示了如果在ANSYS中制作柔性部件及输出可在ADAMS中使用的柔性体信息文件。同样该例子也提供了有关于在ADAMS中进行动力学分析的简单介绍，和如何将载荷信息从ADAMS转换到ANSYS中进行应力分析的详细介绍。 12.8.1. Problem Description 问题描述 In the linkage assembly shown below, Link3 is a flexible component. Link3 is modeled as a rectangular rod in ANSYS using SOLID45elements. The joints in ADAMS will be attached to interface points (nodes) at the middle of the holes at either end of Link3. These middle points are connected to the cylindrical joint surfaces by a spider web of BEAM4 elements. 联动装置装配如下图所示，连杆3是一个柔性部件，为矩形杆件在ANSYS中采用SOLID45单元构造。ADAMS中连接铰将连接在位于杆两端的孔中心接触节点上。这些节点会通过BEAM4单元构造的蜘蛛网格与圆柱铰表面连接。 Figure 12.5: Linkage Assembly联动装置转配图
第一章简介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等
第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 3 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流
ABAQUS顺序热力耦合分析实例此实例中需要确定一个冷却栅管的温度场分布。温度场的求解采用稳态热分析，在此之后还将进行热应力分析来求出冷却栅管在温度作用下产生的位移和应力分布。由于冷却栅管比较长，并且是轴对称结构，根据上述特点，可以简化有限元分析模型。此实例中使用国际单位制。 1、part中创建轴对称可变形壳体，大致尺寸为1，通过creat line创建一个封闭曲线（0.127,0） （0.304,0）（0.304,0.006）（0.152,0.006）（0.152,0.031）（0.127,0.031）（0.127,0） 使用creat Fillet功能对模型倒角处设置0.005的倒圆角。倒角后，模型并未改变，需要在模型树中，part下的Features右键，Regenerate，最终模型如下图所示。 2、在材料模块中定义密度7800，弹性模量1.93E11，泊松比0.3。所不同的是，热分析还需 要指定热传导系数以及比热。在Thermal里输入参数，热铲刀系数25.96，比热451。 3、创建截面属性以及装备部件，和普通的静力分析设置一样。 4、Step有所不同，分析类型仍为通用分析步，下面要更改为Heat Transfer。在Edit Step窗 口中，使用默认的瞬态分析（Transient），时长设置为3s。切换到Incrementatin进行相应的设置，如下图。
5、Load模块中，设置左边温度为100度，右边及上边温度为20度。Creat BC，类型选择 Other>Temperature。在纯粹的热传导分析方程中，没有位移项，因此不会发生刚体位移，这里也就不需要设置位移边界条件。 6、接下来划分网格，种子尺寸给0.005，单元类型需要在单元族中选择专门用来热分析的 Heat Transfer，查看下面确保使用的单元为DCAX4。使用结构化的全四边形网格划分方法。 7、到此，热分析的设置已经完成，可以提交计算，完成后，查看变量NT11即为节点温度。
第三章稳态热分析 3.1稳态传热的定义 ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和 ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。 稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。这些热载荷包括： 对流 辐射 热流率 热流密度（单位面积热流） 热生成率（单位体积热流） 固定温度的边界条件 稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。 3.2热分析的单元 ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。这些热分析单元如下： 表3-1二维实体单元 单元维数形状及特点自由度 PLANE35 二维六节点三角形单元温度（每个节点） PLANE55 二维四节点四边形单元温度（每个节点） PLANE75 二维四节点谐单元温度（每个节点） PLANE77 二维八节点四边形单元温度（每个节点） PLANE38 二维八节点谐单元温度（每个节点）
巷道开挖过程的有限元模型与力学分析 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：XXX老师 XX大学 2009－2010年度上学期
目录 巷道开挖过程的有限元模型与力学分析 (3) 有限元模型概述 (3) 1 建立有限元模型 (4) 1.1 定义工作文件和工作标题 (4) 1.2 定义单元类型、实常数和材料 (4) 1.3 建立几何模型 (5) 2 网格划分 (7) 3 加载与初始地应力模拟 (8) 3.1 设置分析类型 (8) 3.2施加边界条件 (9) 3.3 施加上部面压力： (10) 3.4 施加重力加速度： (10) 3.4 设置加载步骤： (10) 3.5 求解初始地应力： (11) 3.6 保存分析结果： (11) 4 浏览初始地应力的计算结果（后处理） (12) 4.1显示变形形状： (12) 4.2查看节点结果等值线图： (12) 5 开挖巷道求解 (16) 5.1杀死巷道对应的单元： (16) 5.2输入加载步文件： (16) 5.3查看杀死巷道单元后的受力情况： (16) 5.4求解开挖后的有限元模型： (16) 6 浏览查看开挖后的计算结果（后处理） (17) 6.1显示变形形状： (17) 6.2查看节点结果等值线图： (17) 7 应力集中分析 (22) 8 总结体会 (22)
巷道开挖过程的有限元模型与力学分析 某半圆形拱巷道断面，参数见图，其所处地质条件为IV级围岩，上覆盖层厚度为100米后，各材料的力学参数见表。 有限元模型概述 本题采用ANSYS有限元分析软件模拟巷道开挖过程。由于地下巷道属于细长结构物，即巷道的横断面相对于纵向的长度来说很小，可且假定在围着荷载作用下，在其纵向没有位移，只有横向发生位移. 所以，巷道的力学分析可以采用弹性力学理论中的平面应变模型进行，这是一个较复杂的非线性力学问题。采用ANSYS有限元分析软件对巷道开挖进行模拟时，应首先根据地质条件建立合适的地下有限元分析模型，由于巷道对整个地下空间来说是属于“小孔口问题”，巷道周围出现孔口应力集中，并且应力集中区域影响范围约大于1.5倍的孔口尺寸，因此建几何模型时要选择合适的尺寸，其次采用PLANE42单元类型来分析平面应变问题。接下来设定单元尺寸大小划分网格。然后分步求解载荷，第一步求解初始地应力，第二步杀死巷道对应的单元后求解开挖后的载荷，最后分析巷道周围岩石的、位移、应力、应变的变化。
ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤： ?前处理：建模、材料和网格 ?分析求解：施加载荷计算 ?后处理：查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可 以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析： Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等： Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷 可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) ： a、恒定的温度 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷)，如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。 注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要
2.1 三维实体元SOLID45 2.1.1 单元简介 1．单元形状 SOLID45单元是三维实体单元，该单元在每个节点上有三个自由度（X、Y、Z方向的位移）。 SOLID45的几何形状 2．单元参数输入 对于SOLID45单元而言，其必须或可选的参数输入包括： ●节点：I、J、K、L、M、N、O、P ●自由度：UX, UY, UZ ●材料参数 ?EX（弹性模量）、EY、EZ ?PRXY, PRYZ, PRXZ (or NUXY, NUYZ, NUXZ)（泊松比） ?ALPX, ALPY, ALPZ (or CTEX, CTEY, CTEZ or THSX, THSY, THSZ)（热膨胀系数） ?DENS（密度） ?其它参数 3．结果的输出
SOLID45单元的结果输出 对于三维实体单元SOLID45而言，工程上主要关注其在荷载作用下的变形（挠度）及应力各分量等。对于实体结构的变形，可以直接通过ANSYS中的位移来获得，而应力各分量，包括S：X, Y, Z, XY, YZ, XZ，主应力分量S：1, 2, 3，等效应力S：EQV，都可以在后处理中绘制等值线图，便于观察。 2.1.2 实例分析 考虑一根10m高的混凝土柱，EX＝2e10Pa，Prxy=0.167；Dens=2400；截面尺寸为B*H=0.6m×0.8m，在自由端作用100KN的水平推力，分析其变形和内力。 ANSYS的分析过程： ●进入ANSYS工作界面；改变工作目录Utility Menu>Change Directory… ●进入前处理模块：Main Menu>Preprocessor ●定义单元类型； 点击Element Type > Add/Edit/Delete，在弹出的对话框中添加；
第33例瞬态热分析实例——水箱 本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。 33.1概述 热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。 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他热参数。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 嚼态热分析的步骤 瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1．建模 瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、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 Transient。 (2)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，初始温度仅对第一个子步有效，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，应注意二者的区别。 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确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。 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;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。 (3)设置载荷步选项。 普通选项包括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. 非线性选项包括：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. 输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.
平面问题斜支座的处理 如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45o的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构(b)有限元分析模型 图5-7 带斜支座的平面结构 基于ANSYS平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理。 (7) 模型加约束 左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement On Nodes →选取2，3号节点→OK →Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) →OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ?采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Coupling/ Ceqn →Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→OK 或者?采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane →Local Coordinate System →Create local system →At specified LOC + →单击图形中的任意一点→OK →XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →modeling →Move / Modify →Rotate Node CS →To active CS → 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement On Nodes →选取4号节点→OK →选择Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) →OK 命令流； !---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !---方法1 end --- !--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !--- 方法2 end
1.1基于ABAQUS的热应力分析 1.1.1 温度场数据处理 (1)打开INP_Generator.exe，出现如下软件界面： 图1.数据处理软件 (2)点击“浏览”按钮，选择由FLUENT导出的inp文件所在路径，如下图 所示： 图2.路径选择 (3)点击“生成”按钮，则在inp文件所在路径下自动生成包含多个温度场的 ABAQUS输入文件ABAQUSinputfile.inp。 图3.生成包含连续温度场INP文件
1.1.2 复材工装模板热应力分析 (1)打开ABAQUS，导入inp文件后，打开Tools菜单下“Set - Manager”， 如下图所示。检查是否有名为“PID6”的set，若没有则创建一个名为 “PID*”的set，set为模板整体。（“*”为任意数字或字母） 图4.创建SET (2)打开Plug-ins菜单下“CAC Project - Composite Analyse”，弹出如下界面。 在Step1标签中输入用到的材料名称并选择工作路径；在Step2中定义铺 层信息，可通过右键删除或添加行；按照Step3和Step4的提示，使用 ABAQUS/CAE自身功能完成剩余分析工作。 (a)
(b) (c) 图5.定义材料及铺层 (3)进入Load模块，定义垂直于模板表面平面部分的局部坐标系。选择“Tools” 菜单下“Datum”，Type选择“CSYS”Method选择“3Points”，然后默认点击“Continue”按钮。依次在模板表面选择坐标原点、X轴上点和XY面上的点，生成局部坐标。 图6.定义模板局部坐标系 (4)点击“Create Boundary Condition”按钮，弹出边界条件定义对话框。
/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1
问题描述：一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块，突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。过了一个小时，求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。 材料热物理性能如下：热性能单位制 铜铁水 导热系数W/m℃ 383 37 密度Kg/m 8889 7833 996 比热J/kg℃ 390 448 4185 菜单操作过程： 一、设置分析标题 1、选择“Utility Menu>File>Change Jobname”，输入文件名Transient1。 2、选择“Utility Menu>File>Change Title”输入Thermal Transient Exercise 1。 二、定义单元类型 1、选择“Main Menu>Preprocessor”，进入前处理。 2、选择“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。选择热平面单元plane77。 三、定义材料属性 1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”，在弹出的材料定义窗口中顺序双击Thermal选项。 2、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入383；点击Density，在DENS框中输入8898；点击Specific Heat，在C框中输入390。 3、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第二种材料。 4、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入70；点击Density，在DENS框中输入7833；点击Specific Heat，在C框中输入448。 5、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第三种材料。 6、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入.61；点击Density，在DENS框中输入996；点击Specific Heat，在C框中输入4185。 四、创建几何模型 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Retangle>By Dimensions”，输入X1=0, Y1=0, X2=, Y2=, 点击Apply；输入X1=, Y1=, X2= ,Y2=, 点击Apply；输入X1= Y1=, X2= Y2=+, 选择OK。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>Booleans>Overlap”，选择Pick All。 3、选择“Utility Menu>Plotctrls>Numbering>Areas, on”。 4、选择“Utility Menu>Plot>Areas”。 五、划分网格 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”，选择材料1。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”，输入单元大小。 3、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”，选择铜块。 4、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”，选择材料2。 5、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”，选
短圆柱体的热传导过程 问题：一短圆柱体，直径和高度均为1m，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换）。圆柱体材料的热传导系数为30W/(m·℃)。 求解： 第一步：建立工作文件名和工作标题 在ANSYS软件中建立相应的文件夹，并选择Thermal复选框。 第二部：定义单元类型 在单元类型（element type）中选择thermal solid和quad 4node 55，在单元类型选择数字（element type reference number）输入框中输入1，在单元类型选择框里选择Axisymmetric，其余默认即可。 第三步：定义材料性能参数 在材料性能参数对话框中输入圆柱体的导热系数30. 第四步：创建几何模型、划分网格 创建数据点，输入点坐标。在第一个输入框中输入关键点编号1，并输入第一个关键点坐标0、0、0，重复输入第二个、第三个、第四个关键点，相应的坐标分别为2（0.5,0,0）；3（0.5,1,0）；4（0,1,0）。结果如下图1所示：
在模型中创建直线，选择编号为1、2的关键点生成一条直线，在选取2、3生成一条直线，同样选择编号为3、4和编号为4、1的关键点生成另外两条直线。 结果如下图2所示： 之后在plot numbering controls对话框，分别打开KP Keypoint numbers、LINE line numbers、AREA Area numbers，建立直线L1、L2、L3、L4线段。生成几 何模型，如下图所示：
Ansys模拟水结冰的热分析过程 一、问题描述： 对一茶杯水的结冰过程进行分析，水和茶杯的初始温度为0℃，环境温度为-10℃，杯子侧面和顶面的对流换热系数为12.5W/m^2·℃，杯子放在桌面上，假设桌面可以对杯子底面提供-10℃的温度载荷。计算3000s之后的温度分布。 模型如下： 茶杯底面外径54.41mm，内径50mm，高度85mm，顶面内径60mm，抽壳厚度为5mm（内部水的高度80mm）。 分析采用SI单位制，水的材料属性如下： 导热率：0.6 密度：1000 比热容：4200
焓值： 温度℃-10 -1 0 10 焓J/m^3 0 37.8e6 79.8e6 121.8e6 茶杯采用铁的材料属性： 导热率：70 密度：7833 比热容：448 二、问题分析： 本例采用70热单元进行分析，由于对称性，采用1/4模型进行建模分析。由于包含相变分析，因此水的焓值是必要的。假设温度0℃的水结成0℃的冰需要放出42000J/kg·℃的热量，通过定义焓值来实现。假设温度区间长度为1℃，因此温度低于-1℃，表示水已结成冰。本例通过apdl进行分析，方便输入及调试。 三、分析步骤: 1、定义工程名及标题 fini /cle ！清除数据库 /filname.shuijiebing,1 ！此处设置工作名 /title,lovz ！此处设置标题 *afun deg !定义角度为度 2、进入前处理，定义单元及材料属性 /prep7 ！进入前处理模块
et,1,70 ！定义70单元 mp,kxx,1,0.6 ！设置材料属性 mp,c,1,4200 mp,dens,1,1000 mptemp,1,-10,-1,0,10 mpdata,enth,1,1,0,37.8e6,79.8e6,121.8e6 ！焓值定义mp,kxx,2,70 mp,dens,2,7833 mp,c,2,448 这里定义1号材料为水，2号材料为茶杯 3、定义参数 r1=50e-3 r2=60e-3 r3=54.41e-3 r4=65e-3 h1=80e-3 h2=85e-3 4、建模 wprot,,-90 ！旋转工作平面 /pnum,volu,1 ！打开体积显示 /view,1,1,1,1 ！Iso视角 cone,r1,r2,0,h2,0,90 ！建立水的1/4圆台模型