Workbench -Mechanical Introduction
第六章
热分析
概念
Training Manual •本章练习稳态热分析的模拟，包括：
A.几何模型
B B.组件-实体接触
C.热载荷
D.求解选项
E E.结果和后处理
F.作业6.1
本节描述的应用般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra
ANSYS Structural
提示：在S S热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析
•ANSYS
Training Manual
稳态热传导基础
•对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得：
()[]{}(){}
T Q T T K =•假设：
–在稳态分析中不考虑瞬态影响[K]可以是个常量或是温度的函数–[K] 可以是一个常量或是温度的函数–{Q}可以是一个常量或是温度的函数
稳态热传导基础
Training Manual •上述方程基于傅里叶定律：
•固体内部的热流（Fourier’s Law）是[K]的基础；
•热通量、热流率、以及对流在{Q}为边界条件；
•对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关
•在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。
A. 几何模型
Training Manual •热分析里所有实体类都被约束：
–体、面、线
•线实体的截面和轴向在DesignModeler中定义
•热分析里不可以使用点质量（Point Mass）的特性
•壳体和线体假设：
–壳体：没有厚度方向上的温度梯度
–线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度
•但在线实体的轴向仍有温度变化
… 材料特性
Training Manual •唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity）
•Thermal Conductivity在
Engineering Data 中输
Engineering Data
入
•温度相关的导热性以表格
形式输入
若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解。
B. 组件-实体接触
Training Manual •对于结构分析，接触域是自动生成的，用于激活各部件间的热传导
Training Manual
… 组件-接触区域
Training Manual
•如果接触是Bonded（绑定的）或no
separation（无分离的），那么当面出现在
pinball radius内时就会发生热传导（绿色实线
内时就会发生热传导绿色实线
表示）。
Pinball Radius
右图中，两部件间的间距大于
pinball区域，因此在这两个部件间
会发生热传导。
Training Manual … 组件-导热率
•默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导，意味着界面上不会发生温度降
•实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导：
–表面光滑度
–表面粗糙度
–氧化物
–包埋液
–接触压力–表面温度–ΔT
使用导电脂
–. . . .
T
x •接着……
Training Manual
… 组件-导热率
–穿过接触界面的热流速，由接触热通量q 决定：
()
contact target T T TCC q −⋅=–式中T contact 是一个接触节点上的温度，T target 是对应目标节点上的温度
–默认情况下，基于模型中定义的最大材料导热性KXX 和整个几何边界框的对角ASMDIAG TCC 被赋以一个相对较大的值。线，被赋以个相对较大的值
ASMDIAG
KXX TCC /000,10⋅=–这实质上为部件间提供了一个完美接触传导
… 组件-导热率
Training Manual •在ANSYS Professional或更高版本，用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日方程定义一个有限热接触传导（TCC）。
–在细节窗口，为每个接触域指定TCC输入值
在细节窗口为每个接触域指定
–如果已知接触热阻，那么它的相反数除以接触面积就可得到TCC值
在接触界面上，可以像接触热阻一样
输入接触热传导
… 组件-点焊
Training Manual •Spotweld（点焊）提供了离散的热传导点：
–Spotweld在CAD软件中进行定义（目前只有DesignModeler和Unigraphics可用）。
T2
T1
C. 热载荷
Training Manual
•热流量：
–热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上。
–它的单位是能量比上时间（energy/time）
•完全绝热（热流量为0）：
–可以删除原来面上施加的边界条件
•热通量：
–热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上）
–它的单位是能量比上时间在除以面积（energy/time/area）
•热生成：
–内部热生成只能施加在实体上
–它的单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume）
/ti/l
正的热载荷会增加系统的能量。
