第三讲 温度场的有限元分析

拱坝准稳定温度场三维有限元分析拱坝作为一种重要的水利工程，是为了灌溉农田、水库蓄水、水资源开发和许多其他用途而建设的。

它的安全性直接影响着水利设施的可持续性，因此，拱坝的结构安全性应作为一个重要参数来考虑。

拱坝结构温度变化是结构安全性评价中非常重要的参数，因此，拱坝准稳定温度场三维有限元分析成为结构安全性评价的基础。

拱坝的温度受气温和太阳辐射的影响，拱坝结构材料的温度受到动态热流和蒸发换热的影响，拱坝结构内部温度受拱坝结构材质和气体传热系数的影响。

针对这一问题，拱坝准稳定温度场三维有限元分析引入了先进的数学模型，以准确分析和预测拱坝结构温度变化，为拱坝结构安全性提供基础依据。

拱坝准稳定温度场三维有限元分析模型的基本原理是建立拱坝的三维温度场模型，并由拱坝结构与气象条件之间的相互作用，通过计算热流方程和蒸发换热方程，进行有限元分析来模拟和研究拱坝结构温度场的变化情况。

首先，根据拱坝材料的物理特性，可以计算出拱坝结构的热传导系数、比热容和导热率，并建立拱坝结构的温度场。

在拱坝结构周围，将影响拱坝结构温度变化的参数，如太阳辐射、环境温度、风速等气象条件建立在拱坝结构温度场中。

其次，在拱坝结构中考虑多种传热形式，其中包括热流和蒸发换热，结合外部气象条件，计算拱坝结构表面的热流和蒸发换热强度，建立拱坝结构热流方程和蒸发换热方程。

最后，利用有限元方法，对拱坝结构热方程和蒸发换热方程进行求解，结合初始条件，计算拱坝温度场的数值解，从而精确地模拟和分析拱坝的温度场变化情况。

拱坝准稳定温度场三维有限元分析通过准确地模拟和分析拱坝结构温度场变化情况，可以有效地评估拱坝的热性能和热稳定性，辅助决策，为保证拱坝结构安全性提供有效的技术支持。

此外，拱坝准稳定温度场三维有限元分析还可以为拱坝改善建设、拱坝结构完善和降低拱坝结构温度变化等提供宝贵的信息。

总之，拱坝准稳定温度场三维有限元分析是一项建立在均匀紧实拱坝温度场模型的科学理论的研究，可以为拱坝的结构安全性评价提供可靠的理论依据，从而使拱坝安全可靠、可持续地发挥功能。

铸造模型的温度场有限元分析概述铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。

在铸造过程中，温度场是非常重要的因素。

温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。

有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模拟和优化。

它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行数值计算，求解问题的数值解。

因为铸造模型具有复杂的结构和几何形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。

建模铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。

首先需要将模型划分为许多小单元，然后对每个小单元进行分析。

对于铸造模型，一般采用三维有限元建模。

建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。

此外，还需要确定材料属性如热传导系数、比热容等物理参数。

这些参数可以通过实验或者文献数据获得。

模型建立后，需要进行网格划分。

网格划分是将模型划分为许多小单元的过程。

划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。

常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。

求解一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的温度场了。

求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。

为此，通常会考虑以下因素：•材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。

•边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。

•时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。

通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。

有限元分析通常可以获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。

结果分析求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。

通常采用后处理软件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。

常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、热流分布图等。

这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温度分布的规律，并进行优化改进。

拱坝准稳定温度场三维有限元分析拱坝是一种非常重要的水利建筑物，它主要用于控制水位，进行河流治理，灌溉等。

但由于水位的不稳定性及气温的变化，拱坝在使用过程中会受到热力学力的影响，以至于导致拱坝的失稳。

因此，为了保证拱坝的稳定性，需要进行准确的准稳定温度场的三维有限元分析。

有限元分析是一种数值计算方法，用于求解各种结构的复杂场景。

有限元分析可以模拟出各种形状物体的多维空间体系，从而提供准确的准稳定温度场模拟结果。

对于拱坝而言，有限元分析可以模拟拱坝的温度场变化，从而确定拱坝的热辐射及热量的传输情况，以及拱坝的温度分布。

为了进行准确的三维有限元分析，首先需要准备计算所需的模型数据。

这些模型数据包括拱坝的形状、几何大小以及温度场。

对于拱坝而言，主要需要确定拱坝的几何形状，它们包括拱坝的面、边、角、点、表面等；其次需要确定拱坝的尺寸，即高度、宽度以及拱坝不同部位的厚度；最后，需要确定拱坝的温度场，即拱坝不同部位的温度分布。

接下来，需要使用有限元分析软件根据准备好的模型数据进行计算。

根据热流体动力学原理以及边界条件，有限元分析软件可以根据拱坝的尺寸、形状以及温度场，模拟出准稳定温度场分布情况，以解决拱坝失稳问题。

最后，通过三维有限元分析，可以得到准确的拱坝温度场分布情况，从而进一步控制拱坝的温度。

有限元分析可以模拟出如何利用拱坝的结构特性，使拱坝的温度保持稳定，以避免拱坝的失稳问题。

通过有限元分析，我们可以根据拱坝的几何特性和温度场，模拟出准稳定温度场并对拱坝进行优化，从而确保拱坝的可靠性和稳定性。

因此，计算机有限元分析不仅可以为拱坝的设计提供技术指导，还可以在不断变化的气温条件下保障拱坝的安全运行。

总的来说，有限元分析是拱坝准稳定温度场的必备方法，它可以为拱坝的设计及运行提供准确、稳定的分析结果。

只有准确、合理的分析结果，才能保证拱坝在变化的气温条件下得以稳定运行，避免造成灾难性的后果。

基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析冻结过程中温度场的有限元分析是现代冰川物理和热输运理论研究的重要部分。

冻结过程是冰川系统中最重要的物理过程，冰川及其周围的温度场的变化，将直接影响冰川的运动、凝固和融解。

温度场的有限元分析是使用计算机对冰川系统进行精确模拟的有效方法。

有限元分析基于定义在节点（域上）的有限个单元函数，利用这些函数将域区域分割成若干有限个单元，进而根据物理原理建立有限元方程组，最后利用某种数值方法求解该方程组，从而确定域上的物理量。

冻结过程中温度场的有限元分析，主要是基于非稳态的热输运方程进行分析。

实际上，基于有限元的冻结过程的模拟与实验室或室内试验更相似，可以使用有限元分析来生成不同时间步长的温度场，以此为基础进一步研究冰川及其附近环境的变化。

有限元分析是将计算机分析视为一种实验过程。

在实验室中，冰川及其周围的温度场的变化受到测量错误的影响，而在计算机分析中，模拟误差也很难避免。

因此，实验和分析之间的差异应尽量减少，以保证在有限元分析中获得可靠的结果。

首先，在使用有限元分析进行冻结过程模拟之前，需要对几何模型进行预处理。

通常，在分析中使用的几何模型是三维的，可以使用ANSYS软件来完成。

ANSYS软件可以根据分析的要求进行网格划分，网格划分准确性，直接影响分析结果的准确性，以及计算的时间和计算资源的占用等。

其次，在使用有限元分析对模型进行分析之前，需要对域上的初始条件和边界条件进行设置。

初始条件是指冰川系统的初始状态，包括温度、密度和流速等；边界条件是指冰川系统周围的条件，包括温度、压力和流速等。

此外，还需要设置材料参数（热导率、密度等）。

最后，在设置完边界条件和材料参数之后，可以使用ANSYS软件进行模拟。

ANSYS软件可用于求解热输运方程，使用多孔介质模型，根据不同的时间步长，以及由此产生的温度场，来模拟冻结过程中温度场的变化。

以上就是有限元分析模拟冻结过程中温度场的大致步骤。

拱坝准稳定温度场三维有限元分析拱坝在水力学发电的工程结构中发挥着至关重要的作用。

在实际的工程中，不同的因素会对拱坝的温度场产生影响，这会影响其稳定性。

因此，如何准确地识别拱坝稳定温度场及其影响因素，具有重要意义。

有限元分析是研究复杂结构中温度场稳定性的常用方法，它可以有效地模拟计算拱坝工作状态下的温度场。

本文首先对影响拱坝稳定温度场的因素进行梳理，其次介绍三维有限元分析原理，最后利用ANSYS软件对某拱坝的稳定温度场进行分析。

拱坝稳定温度场影响因素有多种。

首先，拱坝的结构类型、位置及形状都会产生影响。

例如，拱坝有拱壁、桥洞及溢流道等结构，它们的构型对拱坝温度场的变化存在较大影响。

其次，拱坝的位置也会影响稳定温度场，低海拔地区比高海拔地区拱坝温度变化多。

最后，外部环境因素也会影响拱坝温度场，如太阳辐射强度、水文参数、气温等。

此外，三维有限元分析通过对拱坝结构对象的三维划分，为拱坝稳定温度场的模拟计算提供了理论基础。

基于其基本思想，物体被划分成许多小块，每个小块都可以用有限元函数来描述，这样可以得到小块之间的连接关系，从而实现物体的整体运动模拟及稳定温度场计算。

通过对拱坝基本参数、结构类型和外部环境因素的输入，模拟计算出拱坝稳定温度场，可以获得有用的信息。

本文以某拱坝为例，运用ANSYS软件对其进行了三维有限元分析，利用拱坝基本参数、结构类型和外部环境因素，最终模拟出拱坝稳定温度场的数值分布。

图1所示，拱坝上部温度场分布较平坦，而拱坝内部分布比较不均匀，温度变化较大，随着深度增加，温度也在逐渐增加。

从分析结果得出，拱坝结构类型、位置及外部环境因素等因素，都会影响拱坝稳定温度场的变化。

使用三维有限元分析方法，可以及时、准确地模拟计算拱坝稳定温度场，为拱坝结构设计提供重要参考依据。

本研究表明，三维有限元分析是研究复杂结构中温度场稳定性的有效方法，它可以有效地模拟计算拱坝的温度场变化，为拱坝结构优化及安全运行提供有力支撑。

基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析当系统处于冻结状态时，物理量如温度场的变化是很重要的，而且从环境以及与之有关的实际工程中也有重要的应用。

有限元分析（FEM）已经广泛应用于分析研究冻结状态下物理量（如温度场）的变化。

本文将使用ANSYS软件（Finite element Analysis， FEA），在研究有限元技术在冻结过程中温度场分析方面的应用，以期确定不同材料和环境条件下冻结深度的影响。

背景知识冻结是一种特定的过程，在冻结过程中，温度将从最初的正温度（或特定的高温）下降。

如果材料热容量非常大，则温度将减少得很慢。

为了研究这种情况，需要使用有限元（FE）分析法以及ansys软件。

ANSYS软件是一款专门用于多物理场仿真研究的一款商业有限元分析软件。

它利用有限元（FE）分析方法来模拟多物理场耦合系统，比如流体力学、热传导、振动、结构分析等等。

方法本文使用ANSYS软件，进行有限元分析，研究冻结过程中的温度场变化。

在该研究中，我们采用了一种简单的工程模型，模拟一个椭圆形的铝层被覆盖在玻璃表面上，而后又覆盖上一层塑料，当外界环境温度降到零度时，在这三层材料之间发生冻结过程。

结果本研究发现，当外部温度以1°C/h的速率下降时，层之间的温度发生了很大的变化，塑料层内部温度比玻璃表面温度还要低，而铝层内部温度比塑料层内部温度更低。

当外部温度降到-20°C时，塑料层内部温度降至-20.1°C，而铝层内部温度降至-20.4°C。

结论与展望实验研究表明，不同的材料条件和环境条件对冻结深度有很大的影响，玻璃表面温度会受到材料良好的导热性能的改善，而塑料层内部温度会降低得更深，其冻结深度也会较铝层内部温度更低。

本文研究表明，采用有限元分析法，可以较好地分析冻结过程中温度场的变化，因此，该技术在冻结深度研究方面是非常有用的，可以有效地解决实际工程中面临的问题。

总结本文以《基于ANSYS的冻结过程中温度场的有限元分析》为标题，通过使用ANSYS软件，以及有限元分析方法，研究冻结过程中不同材料和环境条件下温度场的变化情况。

第3章温度场有限元法分析理论基础在制造加工领域中，通过计算机模拟各种加工过程是非常方便有效的方法之一。

磨削过程也可以通过建立数值分析模型模拟整个磨削的过程，不仅可以预测实验可能发生的情况也可以减少实验的次数。

于是，越来越多的学者使用有限元技术对磨削过程进行分析、研究。

通过有限元法分析磨削区温度场既有利于对磨削机理的理解，也是一种优化机械加工工艺的有力工具，而且在考虑多种因素、非线性、动态过程分析等复杂情况时其优势尤为显著。

3.1有限元法简介3.1.1 有限元法的基本思想有限单元法是目前在工程领域内常用的数值模拟方法之一。

目前在工程领域内常用都是数值模拟方法包括有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法等。

有限元单元法的基本思想就是将连续的结构离散成有限多个单元，并在每一个单元中设定有限数量的节点，讲连续体看做是节点处连续的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第一单元中假设一个插值函数来表示单元中场函数的分布规律，进而利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中有限自由度问题。

求解法就可以利用解得的节点值和设定的插值函数来确定单元上以至整个集合上的场函数。

有限元分析的基本概念就是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一个单元假定一个较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的近似解。

由于大多数实际问题难以得到准确解，有限元法不仅仅计算精度高而且能够适应各种复杂形状，因此称为行之有效的工程分析手段。

3.1.2有限元热分析简介热分析是指用热力学参数或者物理参数随着温度变化的关系进行的分析方法。

国际热分析协会在1977年将热分析定义为：“热分析是测量在程序控制温度下，物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术。

”程序控制温度指的是按某种规律加热或冷却，通常是线性升温或降温。

基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析冻结过程是很常见的一种物理现象，它是指在经历一定的温度的作用下，液体变为固体的过程。

然而，这种过程的温度分布存在多种不确定性，它需要利用有限元分析来进行定量研究。

针对这种情况，本文将以《基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析》为标题，对冻结过程中温度场的有限元分析进行研究。

首先，对冻结过程进行简要介绍。

冻结过程是指物质在一定温度条件下，由液体变为固体的现象。

在这种情况下，物质的温度变化不一致，其分布有多种形式，并且受到物质的性质和其它外界因素，如温度、压强、热流等的影响。

因此，如何精确的表征这种温度场的变化，是研究冻结过程的一个重要环节。

其次，对有限元分析方法进行介绍。

有限元分析是一种基于数值技术计算物体力学性能的分析工具，它是基于有限元分析理论，以求解结构力学问题为主要目标。

其计算原理是将实际的结构模型用一系列的有限元来代表，以计算结构的变形和接触应力等特性。

有限元分析可以用来解决复杂材料温度场传播和弯曲分析等问题，是研究物理力学和热力学特性的一种有效方法。

此外，介绍使用有限元分析软件Ansys来研究冻结过程中温度场的步骤。

Ansys是一款功能强大、使用方便的有限元分析软件，具有仿真、精度高、多种物理特性和界面友好等优点，支持多种力学和热学分析，如静力学、弹性力学、多体动力学、渗流、熔融模拟等，可以实现数值模拟计算，从而解决复杂的热力学分析问题。

最后，利用Ansys软件对冻结过程中的温度场进行研究。

首先，建立冻结过程的温度场模型，其次，设置相应的材料性质，在接下来的分析步骤中，通过设置熵热模型和外加源分别得到温度场的时间变化和温度场的空间分布情况。

之后，利用Ansys软件在给定的温度条件下，经过相应的计算与验证，确定计算模型的准确性，最后得到温度场的时空分布情况。

综上所述，基于Ansys的有限元分析，可以有效的解决冻结过程中的温度场问题。

在深入的研究中，可以进一步挖掘Ansys软件的功能优势，以求解更多复杂的多物理场力学分析问题。

地下室墙体测温试验及温度场的有限元分析文章引入水化度对传统的早期混凝土温度场计算方法进行了改进。

通过对新浇混凝土中不同位置的温度测试探求温度随时间变化的规律，同时用有限元的方法进行温度场分析，两者比较验证计算方法的准确性。

标签：测温试验；温度场；混凝土裂缝1 概述地下室墙体的施工中，常因为混凝土水化热导致温度裂缝。

通过计算分析得到混凝土中的温度场，有利于控制这种早龄期混凝土温度裂缝。

而传统的计算方法不考虑水泥的水化程度，本文以某高层写字楼的地下室墙体为例，考虑了混凝土的放热速率的差异，以使分析结果更加合理。

2 现场测温试验为了对混凝土的施工过程进行温度控制，进行了现场测温试验。

本次试验的地下室一段外墙厚0.6m，高3.0m，长30.0m，底板厚0.8m。

从浇注混凝土开始，连续测温28天。

混凝土使用标号为C30S8的混凝土，预测强度54.1MPa，坍落度140～160mm，容重2400kg/m3。

使用的水泥为P.O.42.5R水泥。

试验用测温仪器采用JDC-2型电子数字测温仪，精度范围±0.5℃。

共设置15个测温点，探头预埋在混凝土内部。

试验过程从浇注承台开始，48小时内连续每两小时测温一次；第3～6天内每4小时测温一次；第6～28天完成现场试验，每天测温两次。

测温同时量测每天温度、湿度。

3 基于水化度方法的温度场的计算3.1 温度场有限元分析的原理3.2 水化度方法温度场有限元计算分为稳态和瞬态两大类：稳态温度场计算用于分析稳定的热载荷的影响，而瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场。

本文计算中要用到的是瞬态热分析。

瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似，主要区别在于瞬态热分析的载荷是随时间变化的，稳态热分析的载荷与时间无关。

为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷-时间曲线分为各个载荷步。

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式或阶越式。

在实际计算中，是通过计算机程序循环处理各步骤的：首先，通过资料或者材料试验获得水泥绝热情况下的放热和温升曲线；第二步，把总时间分为足够小的若干个时间段，按绝热情况求出每个小的时间段的放热量ΔQa；第三步，按照上面的公式计算每一个有限元单元或节点该时间段的放热量ΔQp；最后，假定Ta为绝热温升曲线上的温度值，Tp为上一个时间段末尾该单元或节点的温度值计算结果，把每个节点的温度值保存在一个矩阵中，每过一个时间段将该矩阵的数值更新。

有限元报告——温度场有限元上机报告——温度场的有限元计算⼀．问题如图⼀平⾯结构在⽆热源情况下，给定热边界条件，⽤有限元分析温度分布。

⼆．解决步骤 1．对问题的分析采⽤简单的三⾓形单元，单元内温度假定为线性分布，即y a x a a y x T 321),(++=与平⾯结构⼀样，可⽤单元3个顶点n m l 、、的温度n m l T T T 、、插值单元内部温度场，有[]{}eT T N y x T =),(其中{}[]Tn m l e T T T T =为e 单元的节点温度列阵，⽽形状函数矩阵为[][]n mlT N N N N =简单三⾓形单元内假定的温度场是线性分布的，其形状函数应为++=2/)(y c x b a N l l l l对任⼀个单元e ，如⾯积域为eΩ，则单元泛函数为xy 100100A BDCdxdy y T x T y T x T dxdy y T x T U e e e=???????+??? ????=??ΩΩ212122⽽[]{}[]{}e e T T F T N y x y T x T =??=?? []??=n m ln m lc c c b b b F 21 所以，泛函数{}[]{}eT e e T h T U 21=单元刚度矩阵[][]n ml n mln m l F F F c c c b b b F ?==2121所以[][][]n ml T n T mT l T F F F F F F F F ??=241所以[][][]()()s r s r s s r r rs rs e c c b b c b c b h h h +? =???=?=4141412.数据准备如图所⽰，划分单元格每节点有⼀个⾃由度，边界约束为1,2,3,4,5,6,7,12,13,18,19,24,25,30,31,33,34,35,36，温度相当于载荷分布，所以只有边界处有载荷。

和之前分析步骤相同，可得数据⽂件INP.DAT 。

陈 维(1986—),男,硕士研究生,从事开关电弧、电接触方面的研究。

低压开关电器主电路温度场的有限元分析陈 维, 张国钢, 张鹏飞, 张 怡, 耿英三(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安 710049)摘 要:基于有限元软件Ans ys 的热电耦合功能,采用导电桥模型模拟触头间电流收缩和焦耳发热,对某型低压开关电器样机的主电路进行了稳态温度场仿真计算,并通过试验验证了模型的准确性。

在稳态温度场分析模型基础上,建立了开关电器瞬态温度场分析模型。

使用瞬态热分析模型,对其在承受短时大电流情况下的温度分布进行了仿真,给出了判断触头静熔焊的依据,并分析了开关电器的热稳定性。

仿真结果对低压开关结构优化设计提供了参考。

关键词:低压开关电器;温度场;导电桥模型;有限元法中图分类号:TM 57∶TM 561 文献标志码: A 文章编号:1001-5531(2010)20-0001-04Finite Elem ent An alysis o f Tem peratu re Fie ld o f Main Circu itin Low Volt age Apparatu sCHEN Wei, ZHA NG G uogang, ZHA NG Pengfei, ZHA NG Yi, G ENG Yingsan (Sta te Key La bora tory of Electrical Insulation and Pow er Equipm ent,Xi ’an J ia otong University,Xi ’an 710049,China)Abst rac t:Elect ric bridge m odel wa s used to sim ulat e current constrict ion betw een cont act s a nd joule heat ing effect .Ba sed on t he electric therm a l ana lys is of the finit e elem ent soft ware Ansys,the s tat ic tem perat ure field of m ain circuit in low v olta ge a ppa rat us w it h nom inal current of 200A was sim ula ted.The results w ere v erified by ex-perim ents.T he t ra nsient t herm al a nalysis m odel wa s built on the basis of t he sta tic t herm al a na ly sis.The tem pera-t ure field w as sim ula ted using t he tra nsient m odel when the short t ime high current applied.The criterion of t he conta ct sta tic welding wa s present ed.The t herm al st ability of sw it chgear devices wa s researched.T he results were useful in t he des ig ning a nd opt im izing of low volt ag e apparat us.Ke y words:low volt age apparat us;t em perature fie ld;e le ct ric bridge m odel;finit e e le me nt m et hod张国钢(1976—),男,副教授,博士,研究方向为智能电器理论与工程、电弧与电接触理论及其检测技术、电器计算机辅助设计与工程。