Ansys焊接温度场应力场分析
1、模型
2、网格划分
3、边界条件
4、载荷施加
这是一个完整焊接过程所施加的电流及各段作用时间，其中
I1——385A
I2——350A
I3——250A
t1——0.6秒
t2——0.2秒
t3——0.6秒
t4——0.2秒
t5——0.4秒
5、后处理：每个时间点的温度分布和应力分布
6、提供整个过程的命令流或具体的操作步骤
基于ANSYS有限元软件实现施工温控仿真的主要技术（1）研究方法和分析流程 本次计算利用ANSYS软件来进行象鼻岭碾压混凝土拱坝全过程温控仿真计算分析。具体分析流程如下： 1）收集资料：包括工程气象水文资料、大坝体型、热力学参数、工程进度、施工措施、防洪度汛和蓄水等。 2）整理分析资料：参数拟合、分析建模方法。 3）建模：采用ANSYS软件进行建模，划分网格。 4）编写计算批处理程序：根据资料结合模型编写计算温度场的ANSYS批处理程序。 5）检查计算批处理程序：首先检查语句，然后导入计算模型检查所加荷载效果。 6）计算温度：使用ANSYS软件温度计算模块进行计算。 7）分析温度结果：主要分析各时刻的温度场分布和典型温度特征值。 8）应力计算建模：模型结构尺寸与温度分析模型相同，需要改变把温度分析材料参数改为应力分析材料参数。 9）计算应力：使用ANSYS软件温度应力计算模块和自编的二次开发软件进行计算。 10）分析应力结果：主要分析应力场分布和典型应力特征值。 11）编写报告：对计算流程和结果实施进行提炼总结，提出可行的温控指标和措施。 （2）前处理 1）建模方法选择。 有限元建模一般有两种方法：一种为通过点线面几何拓扑的方法建模，这种建模方法精确，但是比较费时。对于较大规模的建模任务花费时间太多。另一种为通过其他软件导入，如CAD，通过在其他软件中建模，然后输出为ANSYS 可以识别的文件类型，再导入ANSYS中完成建模过程，这种建模方式精度较直接建模的精度要稍低一些，但是由于要求建模的模型已经在CAD软件中完成了
初步建模，可以直接拿来稍作处理即可应用，时间花费较少。本计算选用从CAD 软件导入ANSYS中来建立模型。 2）建模范围。 建模范围可以分为全坝段建模和单坝段建模，全坝段建模可以全面反映整个坝体的温度和应力情况，但是建模难度高、计算量大；单坝段建模建模难度小，计算量也相对较小，一般情况下单坝段建模即可满足要求。 3）施工模拟层厚。 根据已建碾压混凝土坝经验，碾压层厚一般为0.3m左右，按照0.3m一层建模是最精确的，但是如果按照0.3m一层建模，计算网格数量巨大，计算时间长，对于硬件要求较高，在硬件和时间达不到要求的情况下，按照3m一层以下精度都是可以基本满足要求的。 4）分区模拟。 由于各分区混凝土水化热差别较大，对于温度计算影响较大，因此建模要尽量反映混凝土大坝内部分区变化。基岩由于对混凝土只是导热作用，且影响范围在10m左右，因此在计算时可以认为是均质体，计算热力学参数采用靠近建基面的地层参数。 5）参数选取。 参数一般选择可研阶段的材料试验报告，如果项目部未能提供这些资料，可以在征求同意的前提下，通过查阅相关书籍，尽量采取相似工程的资料。 （3）计算 1）ANSYS计算模块。 ANSYS计算温度场模块由其自带，可以直接进入模块计算。 2）化学产热模拟。 通过ANSYS中产热命令BFE模拟。 3）边界条件模拟。 ①对流边界条件通过命令SFA模拟。 ②接触散热边界条件通过命令D模拟。 4）浇筑模拟。 通过ANSYS中的生死单元功能实现，初始阶段所有单元均为死单元，死单
Instruction of Ansys temperature field calculation Question 1: Consider an infinite (in one direction) plate with initial temperature T0. One end of the plate is exposed to the environment of which the temperature is T e (III type boundary condition). Analyze the temperature distribution in the plate during the period of 2000s. 问题1：考虑一个方向无限长的平板，初始温度为T0，一段暴露在温度为T e的环境中，分析其在2000s内温度分布情况。 Basic parameters基本物性参数 Geometry几何：a=1 m, b=0.1 m Material材料：λ=54 W/m·o C, ρ=7800 kg/m3, c p=465 J/kg·o C Loads载荷：T0=0 o C, T e=1000 o C, h=50 W/m2·o C Jobname and directory settings设置文件名、存储路径 Menu | File | Change Jobname Menu | File | Change Directory Preprocessing前处理 (1) Define Element Type定义单元类型 Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete Add: Thermal Mass | Solid | Quad 4node 55 (2) Set Material Properties设置材料属性 Preprocessor | Material Props | Material Models Thermal: Conductivity: Isotropic KXX=54 Thermal: Density=7800 Thermal: Specific Heat=465
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
ANSYS热应力分析实例 当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。如果结构各部分之间膨胀收缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。 7.1热应力分析的分类 ANSYS提供三种进行热应力分析的方法： 在结构应力分析中直接定义节点的温度。如果所以节点的温度已知，贝U可以 通过命令直接定义节点温度。节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度 间接法。首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。 直接法。使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。 如果节点温度已知，适合第一种方法。但节点温度一般是不知道的。对于大多数问题，推荐使用第二种方法一间接法。因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法一使用耦合单元。此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。 7.2间接法进行热应力分析的步骤 首先进行热分析。可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。但要注意划分单元时要充分考虑结构分析的要求。例如，在有可能有应力集中的地方的网格要密一些。如果进行瞬态分析，在后处理中要找出热梯度最大的时间点或载荷步。 表7-1热单元及相应的结构单元
重新进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元，表7-1是热单元与结构 单元的对应表。可以使用菜单进行转换： Mai n Menu>Prep roeessor>Eleme nt Typ e>Switeh Eleme nt Type ，选择Thermal to Struetual 。 但要注意设定相应的单元选项。例如热单元的轴对称不能自动转换到结构单元中，需要手工设置一下。在命令流中，可将原热单元的编号重新定义为结构单元，并设置相应的单元选项。 设置结构分析中的材料属性（包括热膨胀系数）以及前处理细节，如节点耦 合、约束方程等。 读入热分析中的节点温度, GUI: Solution>Load Apply>Temperature>From Thermal Analysis 。输入或选择热分析的结果文件名*.rth。如果热分析是瞬态的，则还需要输入热梯度最大时的时间点或载荷步。节点温度是作为体载荷施加的，可通过Utility Men u>List>Load>Body Load>On all nodes 列表输出。 设置参考温度，Mai n Men u>Solutio n>Load Setti ng>Refere nee Temp 。 进行求解、后处理。 7.3间接法热应力分析实例 7.3.1 问题描述 图7-1冷却栅示意图
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：
/FILNAME,Double,1 ！定义工作文件名。 /TITLE,Temperature Analysis ！定义工作标题。 !* /PREP7 !定义单元。 ET,1,SOLID70 !* !定义材料属性。 MPTEMP,,,,,,,, !定义材料1。 MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,1,,238*3.6 !定义材料1的传热系数KXX1。MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,C,1,,500 !定义材料1的比热C1。MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,3e-6 !定义材料1密度DENS1。 !* MPTEMP,,,,,,,, !定义材料2。 MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,2,,15*3.6 !定义材料2的传热系数KXX2。MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,C,2,,100 !定义材料2的比热C2。MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,2,,2.2e-6 !定义材料2密度DENS2。 !* !建立几何模型。 BLC4,-80,-10,160,20,700 VOFFST,3,20, , !* !网格划分。 FLST,5,20,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-20 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1,10, , , , , , ,1 !定义网格大小。 !* TYPE, 1 MAT, 1 REAL, ESYS, 0 SECNUM, CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 1 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU' CMSEL,S,_Y VSWEEP,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 TYPE, 1 MAT, 2 REAL, ESYS, 0 SECNUM, CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 2 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU' CMSEL,S,_Y VSWEEP,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !定义网格大小完成。 !* FINISH /SOL ANTYPE,4 !定义瞬态分析类型。
基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析 发表时间：2009-6-2 作者: 李乡武来源: e-works 关键字: CAE ansys 焊接温度场 本文使用ansys研究了平板堆焊中，焊接速度和高斯有效热源半径对其焊接温度场的影响。经过计算表明：焊接速度越快，平板在焊接过程中的最高温度越低；热源有效半径越小，平板在焊接过程中的最高温度越高。这一结论对焊接优化控制参数有着重要的指导意义。 1 引言 焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。关于焊接热过程的分析，苏联科学院的助Rykalin院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接传热学的理论基础。为了求热传导微分方程的解，他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响。实际上焊接过程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得到的解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。 本文利用ansys建立了平板焊接的三维模型，并研究焊接速度和高斯热源的有效半径对其温度场的影响。为实际的焊接工程了提供了一定的指导意义。 2 模型建立与计算讨论 模型尺寸为100mm×50mm×6mm，材料为20号钢，电弧沿焊件中心移动。由于模型的对称性，本文只选取半模型进行计算，其有限元模型图图1所示。 图1 平板焊接的有限元模型图2 有限元模型中考察的点 本文使用solid70单元来模拟焊接过程的动态温度场，为了提高计算的精度又要节省计算时间，在靠近焊缝中心处即从焊缝中心到距离其5mm的区域内网格控制在1mm，然后其网格密度一次减小；在厚度方向划分为两层。 计算参数：焊接的电压U=20；焊接电流I=160；热效率为0.7。表1给出了平板的温度场计算参数。由于材料缺乏高温材料数据，因此1500度以上的数据采用外插得到。 表1 平板的材料参数
热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。求温度及应力分布。 7.3.2菜单操作过程 7.3.2.1设置分析标题 1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。 2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。 7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性 1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。 2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Ma terial Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。 7.3.2.3创建模型 1、创建八个关键点，选择“Main Menu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：
3、设定单元尺寸，并划分网格：“Main Menu>Preprocessor>Meshtool”，设定global size为0.125，选择AREA，Mapped，Mesh，点击Pick all。 7.3.2.4施加荷载 1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full”，输入5，点击OK，选择管内壁节点； 2、在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“Main Menu>Solution>Apply>Convection>On nodes”，点击Pick，all，输入对流换热系数1，流体环境温度450。 3、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full”， 输入6,12，点击Apply； 4、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>Y coordinates，Reselect”，输入0.25,1，点击Apply； 5、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>Y coordinates，Also select”，输入12，点击OK； 6、在管外边界上施加对流边界条件：选择“Main Menu>Solution>Apply>Convection>On nodes”，点击Pick，all，输入对流换热系数0.25，流体环境温度70。 7.3.2.5求解 1、选择“Utility Menu>Select>Select Everything”。 2、选择“Main Menu>Solution>Solve Current LS”。 7.3.2.6后处理 1、显示温度分布：选择“Main Menu>General Postproc>Plot Result>Nodal Solution> Temperature”。 7.3.2.7重新进入前处理，改变单元，定义结构材料 1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Switch Elem Type”,选择Thermal to Structure。 2、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，点击Option，将结构单元设置为轴对称。 3、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Material Models”，输入材料的EX为28E6，PRXY为0.3，ALPX为0.9E-5。
焊缝凝固过程的温度场分析 初始条件：焊接件的初始温度为25度，焊缝温度为3000; 对流边界条件：表面传热系数为5e-4，比热容0.2，材料密度0.28，空气温度为25度；求2000s后整个焊接件的温度分布 1、选择网格单元类型 Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Add>Thermal Mass>Solid>Brick 8 node 70 图1-1 定义单元类型 2、设置钢板及焊缝材料属性 Preprocessor>Material Props>Material Models>Material Model Number 1>Thermal a．设置焊件材料密度、热传导系数、比热容，设置焊缝材料密度、热传导系数、比热容及与温度相关的涵参数，如下图所示。 b．设置左右两道焊缝的焓参数，焓参数随温度变化曲线如图2-5所示。
图2-1 钢板热导率设置 图2-2 设置钢板比热容 图2-3 设置钢板密度
图2-4 焊缝焓参数设置 图2-5 左右焊缝焓参数 3、建立几何模型 Preprocessor>Modeling>Create>V olumes>Block>By Dimensions 建立焊件几何模型。 Preprocessor>Modeling>Create>V olumes>Cylinder>By Dimensions 建立焊缝几何模型。建模过程如图3-1所示。
图3-1 几何模型建模过程1 图3-2 几何模型建模过程2 通过Reflect建立完整的几何模型，之后运用布尔运算中glue使整个模型成为一个
4 汽车内饰压制成型模具温度场模拟与分析 温度在汽车内饰压制成型过程中是一个极其重要的参数，无论是模压料的充模流动阶段还是固化阶段，都是在一定的温度下进行的；如果在充模阶段温度控制的不当将直接影响制品的表面质量和力学性能，具体的说，若模具温度过低则会导致模压料流动性降低，难以充满模腔，若模具温度过高则会引起模压料在模具内未完全成型前就开始固化，并且有可能使制品表面的树脂发生分解，同样得不到合格的汽车内饰制品；另一个重要方面就是在压制的过程中要尽量保持模具温度的均匀分布，如果温度分布不均匀就会导致模压料局部提前固化，还会使制品固化度不均匀甚至发生局部树脂分解，同时也会使得制品脱模后产生较大的翘曲变形。因此有必要对模具的加热过程及其温度场进行模拟，根据分析结果对模具的加热设计进行优化。 在世界计算机辅助工程领域中有许多CAE软件都具有热分析的功能，我们以目前使用最为广泛的大型通用有限元软件ANSYS来分析汽车顶篷内饰压制成型模具的加热过程及其温度场分布。 4．1 ANSYS有限元分析软件 4．1．1 ANSYS简介 ANSYS是一种应用广泛的大型通用有限元软件，具有完备的预处理器和后处理器(又称前处理模块和后处理模块)。目前已广泛应用于核工业、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防、军工、电子、土木工程、造船、轻工、日用家电等工业及科学研究中. ANSYS软件含有多种分析能力。包括简单线性静态分析和复杂非线性动态分析。可用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。它包含了前处理器、求解器及后处理器和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相组合，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。 4．1．2 ANSYS热分析模块 ANSYS在处理热分析问题方面具有强大的功能，其不但具有快速的网格划分能力和强大的结果后处理功能，而且还具有非常友好的人机交互界面。在ANSYS 软件中有五个模块可以进行热分析，如图4．1所示，包括：ANSYS／Multiphysics、ANSYS／Mechanical、ANSYS／Thermal、ANSYS／Flotran和ANSYS／ED。 ANSYS提供两类热分析类型，即稳态热分析和瞬态热分析。 稳态传热，即系统的温度场不随时间变化。如果系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：qax+q生成一q漉出=o，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为
题目：ANSYS热应力分析 专业：材料成型及控制工程 班级：型职141 学号：14615118 姓名：武学杰 指导教师：张转转 2017年10月17日至11月13日共4周 指导教师(签字) 系主任(签字)
题目： 第一步：更改文件名
第二步：选择单元 第三步：设置材料属性 1、给定材料的导热系数40W(m·℃)。 Main Menu>Preproessor>Material Props>Material Models 第四步：建立实体模型（国际单位制） 1、创建矩形A1:X1，Y1（0，0）、X2,Y2（0.01，0.07）MainMenu>Preprocessor>Modeling>Creaate>Areas>Rectangle>By Dimensions
2、创建矩形A2：X1,Y1(0,0.05)X2,Y2(0.08,0.07) 3、显示面的编号 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering
4、对面A1和A2进行overlap操作 Main Menu>Preocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas 第五步：划分网格 1、打开Meshtool对话框； Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool 2、设定网格尺寸为0.002，网格形状为四面体映射网格； 3、Mesh。
第六步：施加载荷 1、进入Solution处理器。 Main Menu>Solution 2、设定分析类型为“steady-state” Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Lines 3、在外面界线上定义温度载荷60 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Lines 4、在内边界线定义温度载荷0。 5、图形窗口显示线。 Utility Menu>Plot>Lines
ANSYS 热应力分析实例 当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。如果结构各部分之间膨胀收 缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。 热应力分析的分类 ANSYS提供三种进行热应力分析的方法： 在结构应力分析中直接定义节点的温度。如果所以节点的温度已知，则可以 通过命令直接定义节点温度。节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度 间接法。首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应 力分析中。 直接法。使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。 如果节点温度已知，适合第一种方法。但节点温度一般是不知道的。对于大多数问题，推荐使用第二种方法—间接法。因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法—使用耦合单元。此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。 间接法进行热应力分析的步骤 首先进行热分析。可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表 面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。但要注意划分单元时要充分考虑结构分
析的要求。例如，在有可能有应力集中的地方的网格要密一些。如果进行瞬态分析，在后处理中要找出热梯度最大的时间点或载荷步。 热单元结构单元 LINK32LINK1 LINK33LINK8 PLANE35PLANE2 PLANE55PLANE42 SHELL57SHELL63 PLANE67PLANE42 LINK68LINK8 SOLID79SOLID45 MASS71MASS21 PLANE75PLANE25 PLANE77PLANE82 PLANE78PLANE83 PLANE87PLANE92 PLANE90PLANE95 SHELL157SHELL63 重新进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元，表7-1 是热单元与结构单元的对应表。可以使用菜单进行转换：
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
本文由geyongyahoo贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 2 卷第 5 期 0 Vl2 o5 o .0N . [ 文章编号] 0 3-4 8 (0 5 1-0 10 10 6 4 2 0 )00 8-4 湖 北 工 业 大 学 学 报 Junl fH biU ies yo eh ooy or a o ue nvr t fTc nlg i 20 年1 月 05 0 Ot2 0 c .0 5 ================================================== 基于 AN d 软件焊接温度场应力场模拟研究 S S 李冬林 ( 湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉 4 0 6 ) 308 [ 摘要]阐述了如何运用有限元软件 AN d 对焊接温度场、应力场进行数值模拟计算, 出在计算过程中指SS 要注意的环节, 并对平板堆焊问题进行实例计算 . 总结出模拟计算中的难点问题和未来的研究发展方向 . [ 关键词]温度场;应力场;AN d ;数值模拟 SS [ 中图分类号]T 4 G [ 文献标识码] A : 焊接温度场的准确计算是焊接质量控制、接焊冶金和力学分析的前提, 对焊接过程应力场的动而态变化及焊后残余应力和变形进行准确预见, 减是 . 通过实验的方法来获得焊接过程的温度和应力值虽然比较可靠, 但往往需要花费很长的时间和大量的经费 . 运用有限元软件在计算机上进行焊接过程的数值模拟, 可以在较短的时间内获得不同参数条件下的各项数据 . 因此, 计算机模拟技术有其独特的优点. 笔者在查阅大量文献并反复试验的基础上, 总结出了一套如何采用有限元软件 AN d 对焊接温 S S 度场、应力场的动态变化过程进行数值模拟的方法, 并提出了模拟计算中的难点问题和未来重点的研究方向 . 少焊接裂纹和提高接头强度与性能的重要手段 [] 1 需给定随温度变化的各物理性能参数值 . 般高温一时的物理性能参数比较缺乏, 它对计算结果有较但大的影响, 可采取实验和插值等方法获得 . 焊接热应力的计算属于热弹塑性问题, 算时应指定塑性分计析选项为双线性等向强化, 定义随温度变化的屈并服应力和切变模量值 . 焊接过程中存在两种相变潜热: 态相变潜热固和熔化潜热 . 由于前者一般比后者小得多, 通常可以忽略 . 关于熔化潜热的处理, S S 中在定义材料 AN d 属性时通过给定热焓的值加以考虑 . 依 1. 2 建模和划分网格建模时, 据焊件的形 1. 状、尺寸、载荷的形式等综合考虑几何模型的形状 . 对于对称、反对称或轴对称焊件结构, 尽量运用其对称性来简化模型 . 在焊接过程中, 由于高度集中的热源输入, 必须将焊缝处的网格划分得极为细密, 单元网格最好故在 2mm 以下, 以提高计算精度 . 远离焊缝的地方网格划分得可以稀疏些, 以减少整个模型的节点数, 进而
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1 3—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。 fini clear /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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d93953804.html, 基于ANSYS的温度场模拟 作者：欧青华 来源：《西部论丛》2018年第07期 1 引言 传统的针对军用装备的焊接维修方式已经明显不能适应现代战争的需要，战争对装备的毁坏是巨大的，因此，需要在技术上有大幅度提高，保证维修过程的迅速准确。随着现代科技的发展，数学模型和数值模拟技术的应用越来越广泛。倘若对工程装备的焊接能够通过计算机进行模拟，我们就能够通过计算机系统来确定焊接的最佳设计、最佳参数和最佳工艺。 通过数值模拟可以在很大程度上节约战场人力、物力和拓展战场时间，特别是面对复杂的大型军用装备，该类型军用装备结构复杂，焊接过程中需要更精确的参数，随着计算机技术的发展以及有限元法的建立，越来越多的焊接工作者利用数值模拟技术研究焊接问题，并取得了丰富的成果。 本文在总结前人工作的基础上，全面系统地论述了焊接温度场的基本理论，并应用有限元分析软件ANSYS对平板堆焊温度场进行了军用工程机械数值模拟计算。本文主要内容为： 1.通过对高斯热源的焊接温度场进行模拟，讨论了焊接参数对温度场的影响。 2.用直接法模拟计算焊接温度场，得出最佳参数。 军用工程机械焊接数值模拟的现实意义在于，根据对焊接现象和过程的数值模拟，可以优化工艺参数，从而减少不必要工作，提高焊接质量和效能。 2 有限元分析的理论基础 有限元法（Finite Element Method， FEM），又称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。它是随着电子计算机技术的发展而迅速发展起来的一种新型现代计算方法。 2.1 有限元法介绍 将物理结构分割成不同类型、不同大小的区域，这些区域就称为单元。根据不同进行科学分析，推导出每一个单元的作用力方程，集成整个结构的系统方程，最后求解该系统方程并得出结论的方法，就是有限元法。简单地说，有限元法是一种离散化的数值方法。离散后的单元与单元间只通过节点相联系，将所有力和位移都进行简化，通过节点进行计算。对每个相应单元，选取合适的插值函数，使得该函数在子域内部、自语分界面上以及子域与外界分界面上都
基于ANSYS的某焊件两焊缝在顺序焊接过程中分析 （含命令流）
目录 一、前言................................................... 3.. 二、基本方法................................................ 3. 三、条件................................................... 3.. 四、物理性能表.............................................. 3. 五、基本数据 .............................................. 3. 六、分析结果................................................ 3.
七、附录：.................................................. 4.
本文是对一焊件两个焊缝的凝固过程的温度场进行分析，焊缝及两钢板的材料为钢。 二、基本方法 使用有限元分析方法并且使用ANSYS分析软件。采用三维八节点热分析SOLID70单元，利用生死单元技术，对两个焊缝连续凝固的过程进行分析，本分析分6步进行，首先杀 死一个焊缝的所有单元，进行稳态分析，得到温度的初始条件；进行瞬态分析，分析右焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析右焊缝的凝固过程；激活焊缝的所有单元，进行短时间的瞬态分析，得到温度初始条件；进行瞬态分析，分析左焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析左焊缝的凝固过程。分析时，采用英制单位。 三、条件 初始条件：焊接件的温度为70 T，焊缝的温度为3000 To 对流边界条件：对流系数0.00005 Btu/(s in2 T )，空气温度70 To 四、物理性能表 五、基本数据 底板尺寸：2in >1.2in %.34in 上板尺寸：1in >.2in >.34in 焊角尺寸：R=0.17in 六、分析结果 根据以上的有限元模型，完成对焊件的稳态分析，焊缝相变分析，焊缝凝固分析后，得 到温度分布图，见附录。
A N S Y S热应力分析实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。求温度及应力分布。 7.3.2菜单操作过程 7.3.2.1设置分析标题 1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。 2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。 7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性 1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。 2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Material Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入 1.25。 7.3.2.3创建模型 1、创建八个关键点，选择“Main Menu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：编号 1 2 3 4 5 6 7 8 X 5 6 12 12 6 6 5 5 Y 0 0 0 0.25 0.25 1 1 0.25 2、组成三个面：选择“Main Menu>Preprocessor>Creat>Area>Arbitrary>Throuth Kps”，由1,2,5,8组成面1；由2,3,4,5组成面2；由8,5,6,7组成面3。