瞬态温度场是指物质系统内各个点上随时间变化的温度分布。它涉及到在空间和时间的特定点的温度值的集合。在数学上，这种变化通常被描述为时间与空间位置的函数。对于瞬态温度场的计算，首要步骤是进行有限元离散化。有限元的离散化程度会直接影响计算精度和计算效率。当网格加密到一定程度后，计算精度的提高就不再明显，对于应力应变变化平缓的区域，没有必要细分网格。
瞬态温度场的计算通常涉及三维非稳态（瞬态）导热的情况，其中导热过程随时间变化。这种计算需要使用能够处理时间依赖性的热传导方程。
在瞬态温度场分析中，常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。这些方法能够将复杂的物理问题转化为数学问题，从而方便求解。
具体计算的步骤和方法取决于所研究问题的具体条件和要求，例如边界条件、初始条件、材料的热物理性质等。在实际计算中，通常需要使用数值计算软件如ANSYS、SolidWorks、COMSOL Multiphysics等来进行瞬态温度场的模拟和计算。这些软件基于有限元分析方法，能够处理复杂的几何形状和边界条件，并能够模拟温度随时间的变化情况。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业工程师。
ANSYS工程应用教程——热与电磁学篇47页-瞬态热温度场分析例1：有一长方形金属板，其几何形状及边界条件如图4—7所示。其中，板的长度为15cm，宽度为5cm，板的中央为一半径为1cm的同孔。板的初始温度为500℃，将其突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W／m‘℃的流体介质中，试计算：1．第1s及第50s这两个时刻金属板内的温度分布情况。 2．金属板上四个质点的温度值在前50s内的变化情况。 3．整个金属板在前50s内的温度变化过程。 该金属板的基本材质属性如下： 密度＝5000Kx／m’ 比热容＝200J／Kg K 热传导率＝5W／m K Finish $/ clear $/title,transient slab problem !进入前处理 /prep7 Et,1,plane55 Mp,dens,1,5000 Mp,kxx,1,5 Mp,c,1,200 Save !创建几何模型 Rectng,0,0.15,0,0.05 Pcirc,0.01,,0,360 Agen,,2,,,0.075,0.025,,,,1 Asba,1,2 Save !划分网格 Esize,0.0025 Amesh,3 Save !进入加载求解 /solu Antype,trans !设定分析类型为瞬态分析 Ic,all,temp,500 !为所有节点设置初始温度500度 Save Lplot Sfl,1,conv,100,, 20 !设定金属板外边界1-4的对流载荷
Sfl,2,conv,100,,20 Sfl,3,conv,100,,20 Sfl,4,conv,100,,20 /psf,conv,hcoe,2 Time,50 !设定瞬态分析时间/制定载荷步的结束时间 Kbc,1 !设定为阶越的载荷（载荷步是恒定的，如是随时间线性变化应用ramped——0）Autots,on !打开自动时间步长(求解过程中自动调整时间步长) Deltim,1,0.1,2.5 !设定时间步长为1（最小0.1最大2.5），载荷子步数nsubst Timint,on !打开时间积分，off为稳态热分析 Outres,all,all !输出每个子步的所有结果到*.rth文件中（outpr将输出到*.Out文件中） Solve !进入后处理 /post1 Set,,,1,,1,, !载荷步m=1，子步，比例因子，0-读实数部分/1读虚数部分，时间点，， Plnsol,temp,,0, !该画面显示了在第1秒钟时金属板的温度分布状况 Set,,,1,,50 Plnsol,temp,,0 !该画面显示了在第50秒钟时金属板的温度分布状况 ! /post26 Nsol,2,82,temp,,left-up !变量2，节点82(左上点)，项目，，名字 Plvar,2 !显示变量2 ! /post1 !查看金属板在前50秒内的温度变化过程 Set,last Plnsol,temp, Animate,10,0.5,,1,0,0,0 !捕捉的张数（默5），时间的推迟（默0.1），动画循环次数，自动缩放比!例（默0），用于动画的结果数据（默认0——目前载荷步），最小数据点，最大数据点 Save /eof !退出正在读取的文件 瞬态热温度场分析例2：一个半径为10mm，温度为90℃的钢球突然放入盛满了水的、完全绝热的边长为100mm的水箱中，水温度为20℃，如图7—5所示；。求解0.5小时之后铁球与水的的温度场分布。(忽略水的流动，铁球置于水箱正小央) 材料性能参数： 密度：水=l OOOkg／m^3，铁＝7800 kg／m^3 导热系数：水＝0.6W／(m．℃)，铁＝70W/(m·℃) 比热容：水＝4185J／（kg·℃)，铁=448J／J／（kg·℃) 分析：该问题属于瞬态热力学问题。根据问题的对称性面的四分之一建立有限元计算模型，如图7—6所示。
ANSYS计算温度场及应力场 在ANSYS中计算温度场需要考虑的因素有很多，比如热源、热传导、边界条件等。首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。然后，我们可以选择合适的求解器，比如热传导方程求解器，来解决温度场的传导问题。 在建立模型时，需要给定材料的热导率和密度等属性，这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS 的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS中。然后，我们需要给定边界条件，比如边界上的温度和热通量。这些条件可以通过实验测量或者根据实际情况进行估计。 在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决温度场的传导问题。ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。这些方法可以根据不同的情况选择合适的求解器，并通过迭代计算来获得温度场的分布。 在计算完温度场后，我们可以使用ANSYS的后处理工具来分析和可视化结果。例如，可以绘制温度云图、温度剖面和温度梯度图，以展示温度场的分布情况。此外，还可以计算温度场的平均值、最大值和最小值等统计量，以评估系统的性能和安全性。 另外，ANSYS还可以用于计算应力场。在计算应力场时，需要考虑的因素包括材料的应变-应力关系、加载条件和几何形状等。首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。然后，选择合适的求解器，比如有限元法求解器，来解决应力场的静力学问题。
在建立模型时，需要给定材料的弹性模量、泊松比和密度等属性。这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS 中。然后，我们需要给定加载条件，比如施加在模型上的力和边界约束。这些条件可以根据实际情况进行估计。 在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决应力场的静力学问题。ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、边界元法和模态分析等。这些方法可以根据不同的情况选择合适的求解器，并通过迭代计算来获得应力场的分布。 在计算完应力场后，我们可以使用ANSYS的后处理工具来分析和可视化结果。例如，可以绘制应力云图、应力剖面和应力变形图，以展示应力场的分布情况。此外，还可以计算应力场的平均值、最大值和最小值等统计量，以评估系统的强度和稳定性。 总之，ANSYS是一种强大的工程仿真软件，可以用于计算温度场和应力场。通过建立合适的模型、选择合适的求解器和使用后处理工具，我们可以获得精确的计算结果，并对系统的性能和安全性进行评估和优化。
基于ANSYS的温度场计算 随着科技的进步，现代工程设计往往需要考虑一系列的复杂因素，其 中一个重要的因素就是温度场分布。温度场计算是工程设计中的一项重要 任务，它能够帮助工程师确定材料的热传导性能、预测材料的热应力以及 确定结构的热舒适性。 ANSYS是一款常用的工程仿真软件，它提供了强大的温度场计算功能。在ANSYS中，温度场计算通常通过有限元方法实现。有限元方法是一种将 实际物体划分成许多小单元，通过对每个小单元进行数值计算来近似解决 连续问题的数值方法。 在进行温度场计算之前，首先需要为模型建立几何模型。ANSYS提供 了几何建模工具，可以通过绘制几何形状或导入现有模型来快速创建几何 模型。一旦几何模型建立完成，接下来需要为模型设定边界条件。边界条 件包括热源、散热边界和绝热边界等。对于边界条件的设定需要根据具体 的问题需求进行合理的选择。 在边界条件设定完成后，就可以进行网格划分了。网格划分是指将连 续分布的模型划分成有限个小单元的过程。ANSYS提供了多种网格划分算 法和工具，可以根据模型的复杂程度和计算精度需求选择合适的网格划分 方法。一般来说，网格划分的精细程度会直接影响计算结果的准确性和计 算效率。 完成网格划分后，就可以进行温度场计算了。在ANSYS中，温度场计 算可以使用传导模块或者多物理场模块。传导模块适用于只考虑热传导的 问题，而多物理场模块则可以考虑多种物理过程的相互作用。通过设置合 适的物理参数和材料属性，ANSYS可以对模型进行温度场的模拟和计算。
在计算过程中，ANSYS会根据初始条件和边界条件，求解模型的温度分布，并输出相应的结果。 温度场计算结果的解释和分析是温度场计算的最后一步。ANSYS提供 了丰富的后处理功能，可以对计算结果进行可视化展示和分析。通过后处 理功能，工程师可以直观地了解模型的温度分布情况，进一步评估设计的 合理性，并根据需要进行优化。 综上所述，基于ANSYS的温度场计算是一项非常重要的工程设计任务。通过合理的几何模型建立、边界条件设定、网格划分和温度场计算，工程 师可以快速准确地获取模型的温度分布情况，并进行相应的分析和优化。 这对于工程设计的可靠性和效率提升都具有重要的意义。
摘要 本报告用ANSYS软件分析了某结构的瞬态非线性温度场，以及在瞬态温度、轴向压力和横向力同时作用下的结构强度。 温度场计算与结构强度计算用同一个有限元模型，利用ANSYS的热—结构耦合功能，直接将温度场的分析结果作为结构分析的输入温度，同时叠加轴向力与横向力的作用,进行热应力和热变形分析。计算结果准确反映了结构的瞬态温度分布状况和受力状况，为改进结构的隔热设计和增强结构的承载能力，提供可靠的理论依据。
1 前言 某结构在工作期间，同时受到瞬态气动热、轴向力和横向力的作用。结构既要隔热，使得内部的温度在一定范围之内，以保证设备的正常工作，又要能够承受瞬态复合外力作用，使得各点的应力和变形都较小，保证结构安全可靠。因此，在结构设计过程中，瞬态温度场和瞬态强度都必须进行校核。 由于结构和载荷都关于垂直面对称，因此分析时取结构的一半。结构为薄壁件，但要考虑沿厚度的温度分布，因此整个有限元模型全部采用3D体单元。 利用ANSYS的热—结构耦合功能，在整个计算过程中用同一个有限元模型。温度分析时的单自由度单元，在结构分析时转换成相应的结构单元。瞬态温度场分析结果直接作为结构强度分析的输入温度，保证了数据的准确传递。 在所有的时间点，瞬态温度应变与轴向力和横向力引起的应变叠加，得出结构上各点的瞬态复合应力和位移。 本报告中利用ANSYS计算的瞬态温度场与瞬态复合应力和位移，准确地反映了结构上各点的载荷状况，为结构的改进提供了可靠的理论依据。同时也说明了ANSYS耦合分析的简便性和准确性。 2 结构 2.1 结构形状 整个结构的形状如图1所示。外表面由前部的2段抛物面和后部的1段直锥组成。 图1 结构的几何形状
焊接质量控制中焊缝焊接变形的数值模拟分 析 焊接是金属结构连接中常用的一种方法，但焊接过程中产生的热量和应力往往会导致焊缝的变形，从而影响焊接质量。因此，在焊接过程中进行焊接变形的数值模拟分析是非常重要的。本文将使用数值模拟方法对焊接质量控制中焊缝焊接变形进行分析。 一、数值模拟方法的选择 数值模拟方法是通过计算机对焊接过程进行仿真，可以提供焊接过程中的温度场分布和应力场分布，进而预测焊缝的变形情况。在本文中，我们选择有限元方法进行数值模拟。有限元方法是一种广泛应用的数值计算方法，通过将焊接过程划分为离散的有限元素，对每个元素进行计算得到温度场和应力场的分布。 二、建立焊接模型 在进行数值模拟之前，需要建立一个逼真的焊接模型。首先，根据具体的焊接工艺和焊接材料选择适当的焊接参数和材料参数。其次，根据焊接结构的几何形状和尺寸，建立三维几何模型。最后，根据焊接方式和边界条件，定义模型的边界和约束条件。 三、计算焊接过程中的温度场分布 通过有限元分析软件，我们可以计算出焊接过程中的温度场分布。在数值模拟中，可以根据焊接材料的热传导性质和焊接参数来计算瞬
态温度场。瞬态温度场计算完成后，可以得到焊接过程中的最高温度 和温度分布情况。 四、计算焊接过程中的应力场分布 在焊接过程中，热量的集中和膨胀冷却会导致焊接结构产生应力。 通过计算焊接过程中的瞬态应力场分布，可以得到焊接结构在焊接过 程中的最大应力和应力分布情况。在数值模拟中，可以考虑焊接结构 的塑性行为和材料的非线性特性，从而得到准确的应力场分布。 五、预测焊缝的变形情况 根据焊接过程中的温度场和应力场分布，可以预测焊缝的变形情况。焊缝的变形通常表现为拉伸、收缩、扭曲等形式。通过数值模拟，可 以计算出焊缝的变形量和变形分布情况。根据变形情况，可以判断焊 接质量是否符合要求，并根据需要进行调整和改进。 六、优化焊接参数和结构设计 通过数值模拟分析，我们可以得到焊接过程中的温度场、应力场和 焊缝变形情况。根据这些结果，可以对焊接参数和结构设计进行优化。例如，可以调整焊接参数以减小焊接变形，或者设计合适的支撑结构 以抑制焊接变形。通过不断优化，可以获得高质量的焊接结构。 在焊接质量控制中，焊缝的焊接变形是一个非常重要的问题。通过 数值模拟分析，我们可以预测焊缝的变形情况，从而为焊接参数和结 构设计的优化提供依据。通过不断改进和优化，可以提高焊接质量， 减小焊缝变形，从而达到预期的效果。
目前应用的温度场的数学模型： 1、冶金过程温度场建模，采用瞬态温度场有限单元法。通过曲线拟合方法, 获得了温度与 各物性间的关系, 建立了变物性熔渣冷却温度场数学模型, 分析了各种工艺参数对富硼渣温度场分布的影响。 有限元法的应用范例： 1)动态分析：计算结构的固有属性，以及动态载荷下的结构的各种响应和动应力，动 应变等； 2)热分析:计算在热环境下，结构或区域内部的温度分布和热流，以及由热引起的热应 力和热变形； 3)其他 离散： 数学上，有限元法的基本思想是通过离散化的手段把微分方程或者变分方程变成袋鼠方程进行求解。 。。适合处理形状复杂的结构 。。复杂的边界条件 2、高炉炉衬砌体结构温度场的数学模型：根据几何对称性，基于三维结构图，数学模型主 体为描述控制体内三维变物性稳态热传导方程 3、沥青路面温度场模型应用的是统计回归法。以镇漓试验路连续2a实测的气候数据和路面温度场数据为基础，建立了精度更高的路面温度场模型，尤其提高了较深处路面温度的预测效果。 1）测试方案 2）影响因素分析：采用分布回归法分析不同环境因素对路面温度影响的显著程度。本文温度沿深度的衰减因子采用乘幂函数
采用分段函数建立了温度场模型，预测值与实测温度数据相关系数R2达到0.92，能预测0～38cm任何深度的路面温度，改善了以往模型在较深处预测精度差的问题;( 2) 气温太阳辐射等环境因素对路面温度影响有明显的延后性，层位越深则延后时间越长，就此提出了不同路面层位气温和太阳辐射影响的延后时长;( 3) 路面温度受气温太阳辐射的影响而产生波动，波动的幅度随深度增加而衰减，采用乘幂函数H－i作为温度衰减因子，表征不同深度路面温度波动幅度的差异更为合适。 3、GA和BP 网络模型的建立：基于GA (遗传算法)结合BP网络的智能算法建立了钢坯表 面温度模型, 并且提出了利用BP 算法进行在线补偿的机制, 使模型预报精度进一步提高。 本文在BP 网络的基础上把输出端信号通过延时环节反馈到输入端, 从而形成动态BP 网络。
基于ANSYS的温度场计算 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS 开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。 应用ansys分析软件对一个具体的对象进行分析和计算时，完整的ansys 分析过程可分成三个阶段:即前处(Preprocessing)，前处理是建立有限元模型，完成单元网格剖分:求解(Solution)和后处理(Postprocessing)，后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。下面分别进行说明。 Ansys的前处理 Ansys的前处理技术一般由两部分组成:一、对求解场域进行离散，生成有限元网格;二、区域物理参数的处理。网格剖分主要是实现对求解场域单元的自动剖分，自动把各个单元和节点进行编号，确定各节点的坐标、边界节点的编号等数据，形成一个数据文件，作为有限元程序的输入数据。为了方便查看各单元剖分情况，判断合理性，还要绘制网格剖分图。自适应网格剖分(Adaptive Mesh Generation)及其加密技术是近年来ansys温度场计算中发展比较快和比较完整的内容，它也属于ansys的前处理范畴。 前处理程序是定义问题的程序，它安排所有必须进行汇编的实体数据。它由可分开的两部分组成。第一部分是几何图形和拓扑结构的描述，即该实体有一定几何形状和材料性质，这是对原型样机的结构仿真，我们通过第一部分的工作建立有限元分析实体模型。第二部分可以认为是对原型样机进行仿真的实验描述，包括边界条件、激励和时间变化情况的处理。 一个恰当的、剖分质量好的有限元网格，对计算的作用是致关重要的。网格单元的数量、形状与密度分布，将会对计算结果的精确度、计算效率和计算资源的利用产生直接的影响。而对于复杂的几何体，网格的划分相当费时且容易出错。现在，为了适应分析对象的大型化、高精度的计算结果要求和运行处理自动化的需要，必须实现有限元网格的自动生成，来解决手工操作时存在的工作量大、处理过程繁琐和出错率高等问题。随着有限元数值计算技术的日益成熟，网格生成
ANSYS瞬态传热分析教程 瞬态传热分析的定义 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。载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示。 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。 瞬态热分析中的单元及命令 瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。要了解每个单元的详细说明，请参阅《A NSYS Element Reference Guide》 ANSYS 瞬态热分析的主要步骤 建模 加载求解 后处理 建模 确定jobname、title、units, 进入PREP7； 定义单元类型并设置选项； 如果需要，定义单元实常数； 定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热； 建立几何模型； 对几何模型划分网格。 加载求解 1、定义分析类型 如果第一次进行分析，或重新进行分析 GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEW 如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷） GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart Command: ANTYPE,TRANSIENT,REST 2、获得瞬态热分析的初始条件 ①、定义均匀温度场 如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度 Command:TUNIF
热连轧工作辊三维瞬态温度场数值模拟*（小二号黑体） 甲作者1，乙作者2，丙作1（小四楷体） （1.燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004；2.中国科学院金属研究所，辽宁沈阳110016）（小五楷体） 摘要（小五黑体）：考虑水冷、空冷、摩擦热和变形热以及工作辊与轧件接触热传导等动边界条件，采用有限差分法，建立了热连轧工作辊三维瞬态温度场分析计算模型。使用该模型实现了对工作辊温度的动态分析和精确计算，预测工作辊非稳态轧制时的瞬态温度分布、稳态温度场和终轧后空冷时的温度场。（小五宋体） 关键词（小五黑体）：热连轧；工作辊；温度场；有限差分法；动边界条件（小五宋体） 中图分类号（小五黑体）：TG333.17 0 引言（小四黑体） 轧辊温度场是影响板形质量的重要因素，板形计算精度很大程度上取决于轧辊温度场的计算精度。由于检测技术的限制，很难在线准确测量轧辊热凸度[1]，往往通过轧辊温度场的计算来预报和控制轧辊热变形，因此提高轧辊温度场计算与预报精度是板形设定计算的重要组成部分。（五号宋体） 有限差分法是一种实用的工程算法，目前采用有限差分法求解工作辊二维温度场问题时，忽略了周向传热和周期性动边界问题[2]，难以准确分析工作辊热变形量。对于工作辊非稳态三维瞬态温度场问题，编程复杂，计算速度慢[3]。本文根据热传导方程和边界条件，采用有限差分法，利用VC++ 6.0编写程序代码，优化三维温度场系数矩阵，建立了工作辊三维瞬态温度场分析计算模型。 考虑水冷、空冷、摩擦热和变形热、工作辊与轧件之间的热传导等因素，建立动边界条件。对整个工作辊进行横向、径向、周向网格划分，建立三维有限差分模型。针对非稳态轧制过程特点，相对于轧辊的横向和径向，在周向需划分较密单元，而在轧辊径向，只在轧辊表面附近划分层，这样可以减少热平衡方程系数矩阵长度；利用全选主元高斯－约当消去法求解热平衡差分方程，避免对三维温度场系数矩阵零元素运算，大大提高了计算速度。通过对2050热连轧F2机架工作辊温度场的实例仿真，可以获得轧制过程中工作辊温度的瞬态分布和稳态温度场以及终轧空冷时的温度场。 1 工作辊温度场计算模型（小四黑体） 1.1 基本假设和网格划分（五号黑体） 基本假设：1）轧制过程稳定，工作辊圆周速度、比热、导热系数、密度都是定值，材质均匀；2）
压力容器热力耦合的有限元分析 摘要：实际工程中，压力容器除了承受机械应力外，还要承受波动温度条件下 由于温度分布不均匀而产生的热应力。在压力容器实际运行时，特别是在启动、 停止过程中，结构所受的瞬态温度变化显著，由此带来的温度应力则会达到较大 的数值，能够使得设备结构产生强度破坏。因此，准确地确定结构的瞬态温度场、耦合热应力以及部件问的热传递规律是具有实际意义和工程价值的课题。本文就 此展开了论述，以供参阅。 关键词：压力容器;热力耦合;有限元分析 1传导问题的有限元分析 1.1三维瞬态温度场问题的一般表达格式 在一般三维问题中，瞬态温度场的场变量Ф(x，y，z,t)在直角坐标系中应满足的微分方 程是： 上式中，JD是材料密度(kg／m3)；c是材料比热容(J／kg·K)；t是时间(s)：kx，ky，kz也 是材料沿物体三个主方向(x，y，z)方向的导热系数(w／(m·K))；Q=Q(x，y，z,t)是物体内部的 热源密度(w／kg)；nx，ny，nz是边界外法线的方向余弦；Ф=Ф(Γ，t)是在Γ1边界上的给定温度；q=q(Γ，t)是在边界Γ2上的给定热流密度(w／m2)；h是对流换热系数(W／m2·K)。； Фa=Фa(Γ，t)，对于尼边界，在自然对流条件下，Фa是外界温度环境；在强迫对流的条件下，Фa是边界层的绝热壁温度。微分方程式(1)是热量平衡方程，其表明，微体升温所需的热量 应与传入微体的热量以及微体内热源产生的热量相平衡。(2)式是在E边界上给定温度Ф(Γ，t)，称为第一类边界条件，它是强制边界条件。(3)式是在如边界上给定热流量q(Γ，t)，称为第二 类边界条件。(4)式是在Γ3边界上给定对流换热的条件，称为第三类边界条件。Γ1+Γ2+Γ3=Γ是域力内的全部边界条件。 1.2结构耦合热应力的求解思想 热应力实际上是热和应力两个物理场相互作用的结果，属于耦合场分析的范畴。在有限 元热应力分析中，通常有两种方法，一种是顺序耦合法，另一种是直接耦合法。顺序耦合法 是先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加到结构中，并结合结构应力对耦合 热应力进行分析；直接耦合法是直接采用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分 析和结构应力分析的结果。本文采用顺序耦合法进行分析。值得一提的是，利用顺序耦合法 进行分析时，在得到温度场分布以后，利用给定的载荷和位移条件便可求解瞬态热应力问题，这是最基本的有限元静力分析问题。在进行热应力分析时，可利用计算温度场的同一网格划分，这里不进行理论赘述。 2压力容器的有限元模型 将实际工程中的问题进行离散转化为有限元计算模型是有限元模型建立的基本方法，模 型的建立是数值模拟的前提和基础，其合理性与否将直接影响到计算结果的可靠性。有限元 建模的总则是根据工程分析的精度要求，建立合适的并能模拟实际结构的有限元模型。在对 连续体离散化以及用有限个参数表征无限个形态自由度的过程中不可避免的引入了近似。为
附计算书3： 温度场和温度应力计算 一、温度场计算 计算以本工程1.2m 厚底板为例，用差分法计算底板28d 水化热温升曲线。 计算中各参数的取值如下： W ——每m 3胶凝材料用量，440kg/ m 3； Q ——胶凝材料水化热总量（kJ/kg ）；，本例采用实测值260kJ/kg ； c ——混凝土的比热，取1.0kJ/ (kg ∙C )； ρ——混凝土的质量密度，取2400kg/ m 3； α——导温系数，取0.0035m 2/h ；m ，取0.5。 混凝土的入模温度取10C ，地基温度为18C ，大气温度为18C 。 温度场计算差分公式如下： 1,1,,1,,22 2(21)2 n k n k n k n k n k T T t t T a T a T x x -+++∆∆=∙--+∆∆∆ （B.4.2-1） ⑴试算t ∆、x ∆，确定2 x t ∆∆α 。 取t ∆ = 0.5天 = 12小时， x ∆ = 0.4m ，即分3层 则41 2625.04.0120035.02 2≈=⨯=∆∆x t α ，可行。 代入该值得出相应的差分法公式为 k k n k n k n k n T T T T T ∆+⋅++⋅ =+-+,,1,11,475.02 525.0 ⑵画出相应的计算示意图，并进行计算。 底板厚1.2m ，分3层，每层0.4m ，相应的计算示意如下图。
从上至下各层混凝土的温度分别用1T 、2T 、3T 表示，相应k 时刻各层的温度即为k T ,1、 k T ,2、k T ,3。混凝土与大气接触的上表面边界温度用0T 表示，与地基接触的下表面边界温 度用0'T 表示。 k = 0，即第05.00=⋅=∆⋅t k 天， 上表面边界0T ，取大气温度，0T = 18C 各层混凝土温度取入模温度，即0,1T = 0,2T = 0,3T = 10C 下表面边界0'T ，取地基温度，0'T = 18C ； k = 1，即第5.05.01=⋅=∆⋅t k 天， 温升=-⋅⋅⋅=-=∆⋅⋅-⋅-⋅-∆⋅⋅-∆⋅-⋅-)(2400 0.1260440)(5.015.05 .0)11(5.0)1(max 1e e e e T T t k m t k m 10.544C 上表面边界温度0T ，散热温升为0，始终保持不变，0T = 18C 第一层混凝土温度1,1T ，见计算图示中方框1，1,1T 的边界为0T 和0,2T ，在0,1T 的基础上考虑温升1T ∆，即 C T T T T T 644.22475.02 525.010,10 ,201,1=∆+⋅++⋅ = 第二层混凝土温度1,2T ，见计算图示中方框2，1,2T 的边界为0,1T 和0,3T ，在0,2T 的基础上考虑温升1T ∆，即 C T T T T T 544.20475.02 525.010,20 ,30,11,2=∆+⋅++⋅ = m m m
钢球温度场分析 问题描述： 半径为20mm的钢球,其导热系数为k=24W/m℃，密度=7840 kg/m3，热容C=550J/kg℃，初始温度为T =940℃.将此钢件置于温度为T f=80℃，换热系数为 h=300W/m2℃的介质中冷却,计算此钢球冷却过程的温度分布及其演化。 根据问题的对称性，此问题可以作为轴对称问题进行分析,取圆球截面的1/4。 一、生成几何模型 按照ANSYS软件的约定，轴对称问题必须以Y轴作为对称轴。 （1）生成关键点： mainmenu〉preprocessor〉modeling>create〉keypoints>inactivecs 生成K1（0,0），K2（20，0）,K3（0,20）。 （2)在直角坐标系中生成两条直边， mainmenu>preprocessor〉modeling〉create〉lines>lines〉straightline
连接K1、K2生成一条直边，连接K1、K3生成第二条直边。 (3）在圆柱坐标系中生成圆弧线段, Utilitymenu>workplane〉changeactivecsto〉globalcylindrical (4）将当前坐标系设定为圆柱坐标系, mainmenu>preprocessor>modeling>create>lines〉lines〉inactivecoord （5）连接K2、K3生成圆弧线段。
Utilitymenu>workplane〉changeactivecsto〉globalcartesian (6）将当前坐标系重新设定为直角坐标系。 mainmenu〉preprocessor〉modeling>create〉areas〉arbitrary〉bylines 选择三个线段，apply/ok,构成面。 二、生成有限元模型 1）选择单元类型 mainmenu>preprocessor〉elementtype〉add/edit/delete 点击按钮“Add…”,弹出单元库选择界面：选择ThermalSolid,Quad8node77。 点击按钮“Option…"，在［K3]域选择单元为轴对称类型。 2）定义材料参数 mainmenu>preprocessor〉materialprops>materialmodels 在弹出的“DefineMaterialModelBehavior”界面中双击Thermal，双击Conductivity〉isotropic,输入导热系数24； 双击SpecificHeat，输入热容550； 双击Density，输入密度7840。
瞬态导热原理的应用 1. 瞬态导热原理简介 瞬态导热原理是指在非稳态条件下，研究物体内部温度分布和传热过程的原理。在实际工程中，瞬态导热原理被广泛应用于热传导问题的分析和解决。 2. 瞬态导热原理的基础理论 瞬态导热原理的基础理论是热传导方程，也称为瞬态热传导方程。热传导方程 描述了物体内部温度随时间和空间的变化关系。瞬态热传导方程可以写成如下形式：∂T/∂t = α ∇^2T 其中，T表示物体内部的温度分布，t表示时间，α是热扩散系数，∇^2表示 温度对空间的二阶梯度。根据瞬态热传导方程，可以求解物体内部温度随时间和空间的变化规律。 3. 瞬态导热原理在材料热传导性能测试中的应用 瞬态导热原理在材料热传导性能测试中发挥着重要作用。通过在材料表面施加 短脉冲热源，然后测量材料表面温度的变化，可以得到材料的热传导系数。具体的测试方法包括瞬态热导率测试和瞬态热扩散系数测试。 3.1 瞬态热导率测试 瞬态热导率测试是通过施加一个短暂的热源，在材料表面产生热浪，并通过测 量材料表面温度的变化来获得材料的瞬态热导率。这种方法可用于测量各种材料的热导率，如金属、陶瓷、塑料等。 3.2 瞬态热扩散系数测试 瞬态热扩散系数测试是通过施加脉冲热源，在材料表面产生瞬态温度梯度，并 通过测量材料表面温度的变化来获得材料的瞬态热扩散系数。这种方法可用于测量各种材料的热扩散系数，如混凝土、土壤、建筑材料等。 4. 瞬态导热原理在瞬态温度场分析中的应用 瞬态导热原理在瞬态温度场分析中被广泛应用。瞬态温度场分析是指分析物体 在非稳态条件下，温度随时间和空间的变化规律。
4.1 过程加热条件下的瞬态温度场分析 过程加热条件下的瞬态温度场分析是指在加热过程中，分析物体内部温度的分 布和变化规律。通过瞬态温度场分析，可以优化加热过程参数，提高加热效果。 4.2 瞬态冷却条件下的温度场分析 瞬态冷却条件下的温度场分析是指在冷却过程中，分析物体内部温度的分布和 变化规律。通过瞬态温度场分析，可以评估冷却过程的效果，提高冷却速度。 5. 瞬态导热原理在热管理系统设计中的应用 瞬态导热原理在热管理系统设计中扮演着重要角色。热管理系统是指对设备或 系统内部产生的热量进行控制和管理的系统。瞬态导热原理可以用于优化热管理系统的设计，提高热管道、散热器、风扇等设备的热传导效率。 5.1 热传导路径的优化设计 通过瞬态导热原理，可以分析热传导路径的传热效果，并进行优化设计。通过 合理的设计，可以减少传热路径的热阻，提高热能的传递效率。 5.2 散热器的设计与优化 瞬态导热原理可以用于散热器的设计与优化。通过瞬态温度场分析，可以确定 散热器的热传导路径和热传导系数，进而优化散热器的结构和材料，提高散热效率。 6. 总结 瞬态导热原理是研究物体内部温度分布和传热过程的重要原理。在材料热传导 性能测试、瞬态温度场分析和热管理系统设计中都有广泛应用。通过采用瞬态导热原理，可以优化热传导路径，提高热传导效率，进而提高设备和系统的性能和可靠性。
Ansys作业—瞬态热分析 问题描述 瞬态热分析实例1 ⏹长方形的板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示。板的宽度为5cm，其中间有一 个半径为1cm 的圆孔。板的初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃的流体中，左端置于温度为500℃的温度场，试计算： ⏹（1）第1s 和第50s板内的温度分布情况。 ⏹（2）整个板在前50s内的温度变化过程。 ⏹（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线。 1.建立有限元模型 首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型，选择单元。 (1) 选择热分析单元，操作如下： GUI：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 在弹出的对话框中，单击Add。在单元类型库对话框中选择Plane55单元。单击OK。 命令：ET,1,PLANE55 (2) 定义材料属性 首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下： GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props 下面定义瞬态热分析所需的材料参数，如热传导率、比热容及材料密度： 定义热传导 GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Conductivity > Isotropic 在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX 栏键入“5”。 命令：MPDATA,KXX,1,,5 定义比热容 GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Specific Heat 在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“200”。 命令：MPDATA,C,1,,200 定义密度 GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Density 在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“5000”。 命令：MPDATA,DENS,1,,5000 材料属性定义完毕. (3)建立实体模型 根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去